超声波对多种污垢有很强的离解、分散作用，在用各种介质进行清洗时，利用超声波发生器发生超声波，以强化清洗过程。超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。
（1）空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，而在波的压缩阶段，这些气泡就在液体中瞬间爆裂或内爆，爆裂的空化泡会产生超过10,000 psi的压力和20,000°F（11,000°C） 的高温，并在其爆裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射。单个空化泡所释放的能量很小，但每秒钟内有几百万的空化泡同时爆裂，累计起来的效果将是非常强烈的，产生的强大的冲击力将工件表面的污物剥落，特别适用于清洗，从而达到精密洗净目的。
（2）直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。
（3）加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。
超声波清洗机的构成：超声波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器。换能器两部分构成。超声波清洗槽采用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成，底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压，通过电缆联结线传导给换能器，换能器与振动板一起产生高频共振，从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净。
超声波清洗的辅助设备因清洗媒体的不同而有所差别。清洗媒体为水基清液剂，一般在清洗槽内安装电加热器。加热可大大提高超声波的清洗效率。另一类超声波清洗的媒液为有机溶液，如二氯甲烷、苯和氟利昂等，其辅助设备还需有冷凝器、油水分离器及过滤回收有机溶剂的装置。