超声波清洗的物理机制主要是超声波空化，空化作用非常容易在团体与液体交界处产生，因而对于浸入超声作用下液体中的物体，具有超乎寻常的清洗作用，另外，由于超声波具有很强的穿透固体的作用、可以穿透到被清洗物，另一侧表面，以及所有浸入介质中的内腔，盲孔、狭缝，将清洗物体表面附着的污垢剥落，达到完美的清洗效果。
超声波同时还有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在清洗物件上。所以这种空化作用对浸入超声波作用下的液体中物体内表面（如管件、箱体件）均能清洗。这是超声波清洗优于其他清洗手段的重要方面。
所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。超声波清洗是一项物理清洗技术，能强力分离蔬菜水果表面的残留农药，杀死表面细菌病毒。
超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。
