Принцип действия ультразвуковой ванны заключается в создании эффекта кавитации - сверхбыстрого образования и разрушения большого количества мелких пузырьков в жидкой среде. При воздействии ультразвука высокой интенсивности на жидкость, образуются зоны повышенного и пониженного давления. В период пониженного давления в жидкости образуются микро полости, практически, содержащие вакуум, в которые окружающая жидкость испаряется, и образуются пузыри пара. В результате последующего сжатия (повышенное давление) пузыри пара сжимаются и схлопываются, с образованием микро удара кумулятивних струй. Если это происходит на границе раздела "жидкость - очищаемое изделие", то поверхность подвергается сумме этих ударов - это и есть "кавитация", которая обеспечивает очищающий эффект, сравнимый с воздействием бесчисленного множества щёточек. Интенсивное движение раствора ванны под действием ультразвука усиливает распределение и размельчение частичек грязи и способствует эмульгированию частичек жира в растворителе. Кавитационные пузырьки возникают на всей поверхности очищаемого изделия, поэтому возможна очистка труднодоступных мест и деталей сложной формы. Полная очистка от грязи достигается даже в самых узких углублениях и отверстиях очищаемого изделия.

Современные ультразвуковые установки для очистки изделий сконструированы таким образом, что источник колебаний не подвешивается в ванне, а жёстко закреплён за пределами сосуда, благодаря чему сама ванна становится резонансным телом, а жидкость, находящаяся в ней, имеет повсеместно одинаковую интенсивность колебаний. В качестве источника ультразвука используются изготовленные искусственным путём пьезокерамические источники колебаний из титаната бария BaTiO3. Изделия погружают в ванну в постоянно подогреваемый раствор на специальных приспособлениях так, чтобы очищаемое изделие, находясь в ванне в свободном подвешенном состоянии, постоянно омывалось очищающей жидкостью, подвергаясь воздействию ультразвуковых колебаний. После очистки в ультразвуковой ванне очищаемое изделие промывают под струёй воды.

Использование ультразвука позволяет ускорить  процесс очистки без использования токсичных растворителей.

Ультразвуковые ванны кроме очистки можно также использовать для:
- интенсификации процессов растворения - увеличение в 5-10 раз;
- эмульгирования: получение стойких эмульсий из не смешиваемых жидкостей, типа масло-вода;
- сонохимии: химические реакции при воздействии ультразвука;
- диспергирования: (измельчение) твердых частиц;
- смешивания и перемешивания