20世紀初，電子學的發展使人們能利用某些材料的壓電效應和磁致伸縮效應製成各種機電換能器。1917年，法國物理學家朗之萬用天然壓電石英製成了夾心式超音波換能器，並用來探查海底的潛艇。隨著軍事和國民經濟各部門中超聲套用的不斷發展，又出現更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型換能器等多種超音波換能器。
超音波清洗系統最重要的部分是換能器。現存兩種換能器，一種是磁力換能器，由鎳或鎳合金製成；一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛或其它陶瓷製成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時，它會發生變形，這就是所謂的 '壓電效應'。相對來說，磁力換能器是用會在變化的磁場中發生變形的材料製成的。
無論使用何種換能器，通常最基本的因素為其產生的空化效應的強度。超音波和其它聲波一樣，是一系列的壓力點，即一種壓縮和膨脹交替的波（如下圖示）。如果聲能足夠強，液體在波的膨脹階段被推開，由此產生氣泡；而在波的壓縮階段，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆，產生一種非常有效的衝擊力，特別適用於清洗。這個過程被稱做空化作用。
從理論上分析，爆裂的空化泡會產生超過 10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫，並在其爆裂的瞬間衝擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內有幾百萬的空化泡同時爆裂，累計起來的效果將是非常強烈的，產生的強大的衝擊力將工件表面的污物剝落，這就是所有超音波清洗的特點。
如果超聲能量足夠大，空化現象會在清洗液各處產生，所以超音波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進了化學反應並加速了表面膜的溶解。
然而只有在某區域的液體壓力低於該氣泡內氣體壓力時才會在該區域產生空化現象，故由換能器產生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這一條件。產生空化所需的最小功率被稱做空化臨界點。不同的液體存在不同的空化臨界點，故超音波能量必須超過該臨界點才能達到清洗效果。也就是說，只有能量超過臨界點才能產生空化泡，以便進行超音波清洗。
