超聲波清洗器的應用原理是由超聲波發生器發出的高頻振蕩信號，通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質。超聲波清洗器清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡（空化核）在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合。

超聲波清洗器在氣泡閉合時產生沖擊波，在其周圍產生上千個大氣壓力，數百度的高溫，利用閉合時的爆炸沖擊波破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當團體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面凈化的目的。由于超聲波固有的穿透力，所以可以清洗各種表面復雜，形狀特異的物件，對小孔和縫隙都有很好的清洗效果，對不吸音或吸音系數小的物體清洗效果最佳。

超聲波清洗器用超聲波可以分為三種，即次聲波、聲波、超聲波。次聲波的頻率為20Hz以下；聲波的頻率為20Hz~20kHz；超聲波的頻率則為20kHz以上。其中的次聲波和超聲波一般人耳是聽不到的。超聲波清洗器超聲波由于頻率高、波長短，因而傳播的方向性好、穿透能力強，這也就是為什么設計制作超聲波清洗機的原因。