当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，介质发生物理和化学变化，产生一系列机械、热、电磁和化学超声效应，包括以下四种效应：
机械效应
超声波的机械作用可以促进液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当驻波在超声流体介质中形成时，悬浮在流体中的微小颗粒在机械力的作用下在波节处凝结，在空间中形成周期性积累。由于超声波在压电和磁致伸缩材料中传播时的机械作用而产生的激发极化和激发磁化（参见介电物理和磁致伸缩）。
空化效应
当超声波作用于液体时，会产生大量小气泡。一个原因是由于液体中的局部拉伸应力而形成负压。压力的降低使溶解在液体中的气体过饱和，并从液体中逸出成为小气泡。另一个原因是，强大的拉伸应力将液体“撕裂”成一个称为气穴的空腔。空腔中含有液体蒸汽或溶解在液体中的其他气体，甚至可能是真空。空化形成的小气泡会随着周围介质的振动而不断移动、长大或破裂。当周围的液体突然冲入气泡并产生高温、高压和冲击波时破裂。与空化有关的内耗可在气泡中形成电荷，并因放电而发光。液体中的超声波处理技术主要与空化有关。
热效应
超声波因其频率高、能量大，被介质吸收时会产生显著的热效应。
化学效应
超声波的作用可能导致或加速某些化学反应。例如，经过超声波处理后，纯蒸馏水产生过氧化氢；亚硝酸盐是通过超声波处理氮溶解的水而产生的。超声波处理后，染料的水溶液会变色或褪色。这些现象总是伴随着空化。超声波还能加速许多化学物质的水解、分解和聚合。超声波对光化学和电化学过程也有明显的影响。超声波处理后，水溶液中各种氨基酸和其他有机物的特征吸收带消失，并显示出均匀的总体吸收，表明空化改变了分子结构。
