利用超聲波在液體中傳播有較好的方向性，且傳播過程中能量損失較少，遇到分界面時能反射的特性，可用回聲測距的原理，測定超聲波從發射到液面反射回來的時間，以確定液面的高度。
下圖是超聲波液面計的工作原理圖。由鋯鈦酸鉛或鈦酸鋇等壓電陶瓷材料做成的換能器安裝于容器底壁外側，若通過一定的電路，給換能器加一個時間極短的電壓脈沖，換能器便將電脈沖轉變為超音頻的機械振動，以超聲波的形式穿過容器底壁進入液體，向上傳播到液體表面被反射后，向下返回換能器。由于換能器的作用是可逆的，在反射波回來時可以起到接收器的作用，將機械振動重新轉換為電振蕩。用計時電路測定超聲波在液體中來回走過的時間t，則液面高度：
H=1/2 vt。
圖：超聲波液位計的工作原理
式中，為超聲波在液體中的傳播速度。顯然只要知道速度v，便可由時間值接算出液面高度H。
這種測量方法的優點是檢測元件可以不與被測液體接觸，因而特別適合于強腐蝕性、高壓、有毒、高黏度液體的測量。由于沒有機械可動部件，使用壽命很長。但被測液體中不能有氣泡和懸浮物，液面不能有很大的波浪，否則反射的超聲波將很混亂，產生誤差。此外,換能器怕熱,杯宜用于高溫液位的測量。
這種儀表的測量精度主要受聲速V變化的影響。我們知道，常溫下空氣中的聲速在溫度每升高1 °C時增加0.18%。在水中，溫度每變化1°C，聲速變化0.3%。所以要用超聲波精確測量液位時，必須采取措施消除聲速變化的影響。
