超声波系频率大于20kHz的纵波。当其通过液体时，不断呈疏密相间的波动。稀疏时所产生的瞬时负压可超过液体分子间的内聚力而形成空穴，密集时所产生的正压又使空穴破溃，形成巨大的压力。此种正负相间的压力，冲击微生物，可使之破碎死亡; 冲击水或其他化合物分子可产生电离和自由基。自由基的化学活性较强，作用于微生物亦可使之致死。

超声波对杆菌的杀灭作用较球菌强，对细菌繁殖体和病毒较酵母菌及细菌芽胞强。用26kHz的超声波作用于5ml绿脓杆菌或大肠杆菌菌液，经2～3min细菌即可完全破碎;作用于2ml金黄色葡萄球菌菌液，5～10min仅90%破碎; 作用于2ml构巢曲霉菌液，10min可使其80～90%的分生孢子破碎，但20min仍不能将其子囊孢子杀灭。

影响超声波消毒效果的因素较多。一般，作用时间越长，消毒效果越好。菌液浓度越高或容量越大，消毒效果越差，如对30ml大肠杆菌菌液，当浓度为2000万个/ml时，需作用80min才可将之全部杀灭; 浓度为300万个/ml时，仅需40min; 若菌液量减为15ml，浓度减为450万个/ml，则作用20min即可。菌液深度最好浅于所用超声波波长之半，过深消毒效果降低。超声波的输入功率越大，消毒效果越好。在一定范围内，超声波频率越高，杀菌效果也越好，但频率过高因不易产生空穴作用，效果反差。温度高有利于超声波的消毒。有机物如牛乳和蛋白胨等对微生物有保护作用，可降低超声波消毒的效果。

超声波消毒对人对物无害，但杀菌多不彻底，且仅适于液体或液体中物品的消毒，物品量又不能太大，消毒时超声波发生器的探头又必须接触被消毒的液体，故应用受到限制。目前主要用于消毒前清除物品上的污垢，或与其他消毒方法联合使用以提高杀菌效果。