超声波清洗器主要具有机械效应(如传声媒质的质点振动位移、速度、加速度、声压等力学量)、热效应(声波在传播过程中其部分能量被媒质吸收变成热能)和空腔效应。其中空腔效应是声化学的应用理论基础，也最为重要。空腔效应由成核、微泡生长、空腔塌陷三步组成。在反应体系中，液体内存在张力弱区，即液体内溶有气体或在尘埃的液固界面上存在气体—作为气核，在超声波作用下，气核膨胀长大，并为周围的液体蒸气或气体充满，由于内外压力悬殊使空腔塌陷、破裂，把集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来，使介质局部形成几百到几千K的高温和超过数百个大气压的高压环境，并产生出很大的冲击力，起到激烈搅拌的作用，同时生成大量微泡。它们又作为新的气核，使该循环继续下去，这就是空腔效应。
当然并不是液体中所有的气核都能产生空腔效应，只有当外加的超声波频率与气核的固有频率相同时，空腔效应才能发生。同时也受到其它如声波的强度、液体介质的温度以及介质的蒸汽压等的影响。诱导产生空腔效应的超声波频率以20kHz～80kHz最为适当。过高的频率不易产生空腔效应，即使产生也需要大量的能量，而且其中大部分能量被转化为热能，使介质温度明显提高。低强度超声波的应用不会引起介质的任何状态变化，只有高强度超声波的应用才可能对介质有强烈的影响，引发空腔效应。对大多数化学反应来说，反应速度均随声强的增加而增加。但是，超声波强度的作用受介质温度的影响极大。研究表明，随着液体温度的提高，声强的影响明显下降，在50℃水中发生的空腔效应最大。
当超声波电源将50Hz的日常供电频率改变为28KHz后，通过输出电缆线将其输送给粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超声波发生器(换能器)，由换能器将高频的电能转换成机械振动并发射至清洗液中，当高频的机械振动传播到液体里后，清洗液内即产生上述空化现象，达到清洗的目的。由于超声波的频率很高，在液体中所产生的空化作用可以达到28000次/秒，几乎可以说是不断地在进行，在液体中由于空化现象所产生的气泡数量众多且无所不在，因此对于工件的清洗可以非常彻底，即使是形状复杂的工件内部，只要能够接触到溶液，就可以得到彻底的清洗，又因为每个气泡的体积非常微小，因此虽然它们的破裂能量很高，但对于工件和液体来说，不会产生机械破坏和明显的温升。