超聲波清洗是利用了超聲波在液體中的空化作用。在超聲波的作用下，液體分子時而受拉，時而受壓，形成一個個微小的空腔〔激發成細小氣泡，直徑50~500μm ，并被清洗液蒸氣充滿)，即所謂的“空化泡”。由于空化泡的內外壓力相差十分懸殊，待空化泡破裂時，會產生局部液力沖擊波(壓力可達幾百個大氣壓)。在這種壓力作用下，黏附在金屬表面的各類污垢會被剝落。與此同時，在超聲場的作用下，清洗液的脈動和攪拌加劇，溶解和乳化加速，從而強化了清洗。

最常見的超聲波清洗是采用槽內浸洗，即將零件浸入盛有清洗液的超聲波清洗槽內，超聲波換能器產生的超聲振動由清洗槽底部輻射至清洗液內部進行清洗。這種方法很適合于清洗中小型零部件。對于尺寸和質量都較大的零件，可根據零件形狀和局部清洗要求，將超聲波換能器設計成特殊形狀以便進行局部清洗或浸洗。圖3-13為超聲波清洗示意。

對清洗要求嚴格的零件往往采用多步清洗法。重垢零件先用加熱浸洗或高溫噴淋，然后再用超聲波清洗。幾何形狀過分復雜（如大小不等的孔穴凹角等)的零部件，可采用多頻率清洗(即在幾種不同的超聲波頻率的作用下進行清洗〕。

不同污垢和不同清洗劑應選擇不同的工藝規范。清洗固體污垢時，主要靠空化泡破裂產生沖擊波去破壞；而清洗液相污垢時，則主要靠液流循環沖刷，即靠不破裂的脈動氣泡對液流循環起主要作用。