超声波是频率高于人耳听觉上限（大于 20KHz）的音波，属于声学的一个子学科。

超声波在物理性质上与正常或可听见的声音没有区别，只是人类听不到超声波。超声波可以进一步定义为在具有内部弹性力或粘性力的介质中传播的压力、应力、粒子位移和粒子速度的振荡，可以看作是在空气或其他弹性介质中的波动。

超声波可以通过空气、水和等离子体等介质传播，既可以以纵向波的形式传播，也可以以横向波的形式传播。超声波可以由超声源（例如通常使用压电材料制成的传感器的振动隔膜）生成，超声源在周围介质中产生振动。随着超声源继续使介质振动，振动以声速从超声源传播出去，从而形成超声波。在离超声源一定距离的地方，介质的压力、速度和位移随时间变化。

超声波的传播行为受介质密度与压力间关系的影响，而这种关系又受到温度的影响，并决定了声波在介质中的传播速度。介质的运动（如果介质正在运动）可以根据运动方向增大或减小声波的绝对速度。例如，如果超声波和流体沿同一方向移动，则超声波在流体中移动的传播速度可能会因流体的速度而增加。

如果超声波和流体沿相反方向移动，则声波的速度可能会因流体的速度而降低。介质粘度决定了声音的衰减速率。对于许多介质（例如空气或水）而言，由于粘度引起的衰减可以忽略不计。但在橡胶、纸张等其他介质以及棉花等软材料中，较高的粘度会导致较大的声能损失。

虽然超声波的传输存在许多物理复杂性，但在接收点（如麦克风或超声波传感器），超声波可以简单地解释为具有频率或波长、振幅、声压或强度、声速和方向等特性的压力和时间。

声速取决于声波通过的介质，是材料的基本特性。声速与介质的体积模量与密度的比值平方根成正比。这些物理特性和声速随环境条件（如温度和湿度）而变化。

声压级或 SPL 定义如下：

L_p=10log (p²/pref²)

其中

P = rms 声压 (Pa) pref = 基准压力，2×10−5Pa

在空气中常用的基准声压是 20 微帕斯卡，在水中为 1 微帕斯卡。当声音通过介质时，声压会随着距离的增大而减小。在理想情况下，声压只会随着声波扩散而降低。然而，现实世界中的各种因素会进一步降低声压。

散射和吸收会产生额外的影响。散射是指声音朝原始传播方向以外的方向反射，而吸收是将声能转换为其他形式的能量。散射和吸收的综合效应称为衰减。超声波衰减是超声波在材料中传播时的衰减速率。

当边界两侧材料的声阻抗不同时，超声波会在边界处发生反射。材料的声阻抗定义为密度和声速的乘积。声阻抗对于确定具有不同声阻抗的两种材料边界处的声传输和反射、超声波传感器的设计以及评估声音在介质中的吸收情况而言非常重要。

声阻抗的这种差异通常称为阻抗失配。阻抗失配越大，在两种介质之间的接口或边界可以反射的能量百分比就越大。

超声波声纳横截面 (SCS) 用于衡量声纳对物体的可检测性。SCS 越大，表示物体更容易被检测到。物体将有限数量的声纳能量反射回声源。影响这一点的因素包括制造目标的材质、目标相对于所发出声纳信号波长的大小、目标的绝对大小以及目标的形状。

目标的形状还会影响入射角（声纳波束与目标特定部分接触时的角度）和反射角（反射光束离开目标接触部分时的角度）。物体的 SCS 是一个专门设计的反射球体的横截面积，该球体能够产生与该物体相同强度的反射。这个假想球体的尺寸越大，可产生的反射就越强。声纳目标的 SCS 是一个有效的面积，用于拦截发射的声纳功率，然后将该功率以各向同性方式散射回声纳接收器。