超聲波清洗器的主要機理是超聲空化作用。超聲空化的強弱與聲學參數、清洗液的物理化學性質及環境條件有關，所以要得到良好的清洗效果必須選擇適當的聲學參數和清洗液。

在超聲波清洗器清洗液中只有交變聲壓幅值超過液體的靜壓力時才會出現負壓。而負壓要超過液體的強度才能產生空化。使液體產生空化的最低聲強或聲壓幅值稱為空化閾。各種液體具有不同的空化閾值，在超聲清洗槽中的聲強要高于空化閾值才能產生超聲空化。

對于一般液體，超聲波清洗器空化閾值約為每平方厘米1／3瓦(聲壓的千方正比于聲強)。聲強增加時，空化泡的最大半徑與起始半徑的比值增大，空化強度增大，即聲強愈高，空化愈強烈。有利于清洗作用。但不是聲功率越大越好，聲強過高。會產生大量無用的氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，同時聲強增大也會增加非線性衰減，這樣都會削弱遠離聲源地方的清洗效果。

對于一些難清洗干凈的污物，例如金屬表面的氧化物，化纖噴絲板孔中污物的清洗，超聲波清洗器需要采用較高的聲強。此時被清洗面應貼近聲源，這時大多不采用槽式超聲波清洗器。而用棒狀聚焦式換能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面進行清洗。