传感器安装在被测介质的上方，通电后传感器向介质发射超声波脉冲，穿过空气到达介质表面后被反射回来，部分反射的回波被同一传感器接收，并转换成电信号。从脉冲发射到接收所用的时间，即脉冲的传输时间，与传感器到介质表面的距离成正比。可根据脉冲的传输时间和脉冲的速度(340 m/s)计算出传感器到介质表面的距离。
由于传感器的减幅振荡时间特性，从其下方一定距离内反射的回波传感器无法接收。这一距离称为盲区距离。传感器膜片到水面之间的最小距离取决于传感器的设计参数；最大测量范围取决于空气对超声波的衰减以及脉冲从介质表面反射的强度。
