超聲波傳感器主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個探頭發射、一個探頭接收)等。超聲傳感器的核心是其塑料外套，或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個傳感器的性能是不同的。

超聲波液位計工作原理：超聲波液位計安裝于容器上部，在電子單元的控制下，探頭向被測介質發射一束超聲波脈沖。聲波被介質表面反射，部分反射回波由探頭接收并轉換為電信號（如4-20mA信號），從聲波發射到聲波反射回來被接收，其時間與探頭至被測介質的距離成正比。電子單元檢測該時間，并根據已知的聲速計算被測距離，通過減法運算就可得出物位值。

超聲波在液體、固體中衰減很小，因而穿透能力強，尤其是在對光不透明的固體中，超聲波可穿透幾十米的長度，碰到雜質或界面就會有顯著的反射，超聲波液位計就是利用它的這一原理而工作的。由于溫度對聲速有影響，所以超聲波傳感器應測量溫度以修正聲速，也就是常說的溫度補償。