超聲波傳感器的基本物理原理是傳感器發送超聲波脈沖并接收回來。利用發射信號和接收信號之間的時間差，可以確定到物體的距離。常見的設計是將發射器和接收器構建到同一個物理外殼中，盡管它們也可以安裝在單獨的單元中，例如一些帶有單獨發射器和檢測器的光電傳感器。將發射機和接收機安裝在同一個單元中可以簡化安裝和布線。
因為超聲波接近傳感器，用聲音代替光，所以可以用在光電傳感器比較難的地方，比如檢測透明塑料物體和標簽，反射光學傳感器的高反射面，甚至液位。它們不受常見污染物如灰塵、濕氣和環境光的影響。
根據應用要求，傳感器附近的超聲波可以通過多種不同的方式安裝和操作。事實上，由于傳感本身是基于波發射及其檢測，所以它們的安裝方式可以與光電傳感器平行。也就是說，這些設置可以包括聲波的簡單反射(例如在回射模式下)，或者它們可以設置在回射感測或擴散模式下。
對于大多數使用超聲波傳感器的傳感應用，最好具有相當窄的輸出光束，以避免可能產生不準確讀數的反射。較寬的光束將傳播到更大的區域，并可能導致干涉圖案，從而導致不準確的讀數。除了光束角度，還應考慮其他參數，例如所應用的最佳傳感模式、所需的測量范圍、輸出類型(模擬或開關/繼電器輸出)以及外殼的尺寸、形狀和材料。
