超声波清洗机主要是基于超声波在液体中振动产生的交变激波和空化。超声波清洗时，换能器将电源提供的电能转化为超声波机械振动，并将振动传递到清洗液中。当声波在液体中传播时，会产生空化现象。空化核心会在周围产生数千个大气压，破坏不溶性污垢，使其分散在清洗液中。蒸汽汽蚀对脏层的直接而反复的冲击，一方面会破坏脏层的吸收和清洗零件表面的清洁，另一方面也会造成脏层的破坏和断裂。气泡的振动可以摩擦固体表面。一旦脏层有裂缝，就可以钻。气泡也可以“钻”入裂缝中振动，使污物层脱落。
由于超声空化作用，两种液体在界面迅速分散，发生乳化。当固体颗粒被油包裹并粘附在清洁部分表面时，油被乳化。固体颗粒即声流和辐射压力是大振幅波在煤质中传播的非线性现象。空化泡在振荡过程中会在液体介质本身产生一种循环，称为声流。它会使运动气泡表面产生高的速度梯度和应力，促进清洗件表面污垢的损伤和脱落。因为超声空化产生的高速微射流对固体和液体的界面可以消除或削弱边界脏层，固体表面腐蚀，增加搅拌效果，加快溶解可溶性污垢，加强化学清洗剂的清洗效果，此外，超声振动起着很大的振动速度和加速度的粒子在液体清洗，它还能使被洗零件表面的污垢被频繁而强烈地冲洗掉。上述机理可以理解为超声波清洗在传播过程中，会产生空化、辐射压力、声流等物理效应。物理作用对污垢有机械剥离作用，能促进清洗液与污垢之间的化学反应。空化效应在超声清洗过程中起着重要的作用。
