超聲波均質機利用超聲波在液體中的空化等物理效應，達到均質化效果。超聲波是機械振動在介質中的傳播過程。它具有集束、定向、反射、透射等特點。它主要在介質中產生兩種形式的振動，即橫波和縱波。前者只能在固體中產生，后者可以在固體，液體和氣體中產生。

空化是指在超聲波的作用下，液體在較弱的地方產生空腔或小氣泡，小氣泡隨超聲波脈動。超聲波空化還會產生強烈的機械作用，在固體界面附近產生快速的射流或聲波沖擊，從而在液體中產生強大的沖擊波。物理效應是指超聲波能在液體中形成有效的攪拌和流動，破壞介質的結構，粉碎液體中的顆粒，主要是由于液體之間的碰撞、微相流和沖擊波。

從理論上講，破裂的空化氣泡會產生超過10，000 psi的壓力和20，000°F（11，000°C）的溫度，沖擊波在破裂的那一刻會迅速向外輻射。單個空化氣泡釋放的能量非常小，但每秒同時爆發數百萬個空化氣泡。累積效應會很強，強大的沖擊力會剝落工件表面的污垢。，這是所有超聲波清洗的特征。

如果超聲波能量足夠大，清潔液中到處都會發生空化，因此超聲波可以有效地清潔微小的裂縫和孔洞。空化還會促進化學反應并加速表面膜的溶解。但是，只有當某個區域的液體壓力低于氣泡中的氣體壓力時，該區域才會發生空化，因此當換能器產生的超聲波振幅足夠大時，可以滿足這一條件。產生氣蝕所需的小功率稱為氣蝕臨界點。不同的液體具有不同的空化臨界點，因此超聲波能量必須超過該臨界點才能達到清潔效果。也就是說，只有當能量超過臨界點時，才能產生空化氣泡進行超聲波清洗。