超聲波對多種污垢有很強的離解、分散作用，在用各種介質進行清洗時，利用超聲波發生器發生超聲波，以強化清洗過程。超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。
（1）空化作用：空化作用就是超聲波以每秒兩萬次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進行透射。在減壓力作用時，液體中產生真空核群泡的現象，而在波的壓縮階段，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆，爆裂的空化泡會產生超過10,000 psi的壓力和20,000°F（11,000°C） 的高溫，并在其爆裂的瞬間沖擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內有幾百萬的空化泡同時爆裂，累計起來的效果將是非常強烈的，產生的強大的沖擊力將工件表面的污物剝落，特別適用于清洗，從而達到精密洗凈目的。
（2）直進流作用：超聲波在液體中沿聲的傳播方向產生流動的現象稱為直進流。聲波強度在0.5W/cm2時，肉眼能看到直進流，垂直于振動面產生流動，流速約為10cm/s。通過此直進流使被清洗物表面的微油污垢被攪拌，污垢表面的清洗液也產生對流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對污物的搬運起著很大的作用。
（3）加速度：液體粒子推動產生的加速度。對于頻率較高的超聲波清洗機，空化作用就很不顯著了，這時的清洗主要靠液體粒子超聲作用下的加速度撞擊粒子對污物進行超精密清洗。
超聲波清洗機的構成：超聲波清洗機主要由超聲波清洗槽和超聲波發生器。換能器兩部分構成。超聲波清洗槽采用堅固彈性好、耐腐蝕的優質不銹鋼制成，底部安裝有超聲波換能器振子；超聲波發生器產生高頻高壓，通過電纜聯結線傳導給換能器，換能器與振動板一起產生高頻共振，從而使清洗槽中的溶劑受超聲波作用對污垢進行洗凈。
超聲波清洗的輔助設備因清洗媒體的不同而有所差別。清洗媒體為水基清液劑，一般在清洗槽內安裝電加熱器。加熱可大大提高超聲波的清洗效率。另一類超聲波清洗的媒液為有機溶液，如二氯甲烷、苯和氟利昂等，其輔助設備還需有冷凝器、油水分離器及過濾回收有機溶劑的裝置。