（1）指向性：由于超声波的频率高，波长短，发射的超声波是呈束状的，因而它具有明显的指向性。频率越高，指向性越佳。指向性是超声对人体器官定向探测的基础。
（2）反射、折射和散射：超声在介质中传播时，由于不同介质的声阻抗不同，界面大小不一，可发生反射、折射和散射。声阻抗（Z）指阻挡声在介质中传播的力。Z=c·ρ（ρ为介质的密度）。声速越快，介质密度越高，声阻抗就越大。所以超声在固体中传播时声阻抗最大，如颅骨为5.57×10g／（cm·s）；在软组织和液体中次之，平均为1.57×10g／（cm·s）；气体中最小，空气为0.000428×10g／（cm·s）。
2种声阻抗不同的物体相接触形成一个界面。界面尺寸大于波长时叫大界面，小于波长时叫小界面。超声遇到大界面时产生反射和折射。入射声波的能量一部分在这个界面上被反射回去，另一部分被折射或透射到下一层介质中去。声阻抗差越大，反射就越强，折射或透射就越小。
反之，声阻抗差越小，折射或透射就越强，反射就越小。这样使探头发射的超声波由浅而深地通过人体各界面，反射带回各层组织的信息，在超声仪上构成图像。超声遇到小界面时发生绕射和散射。界面尺寸略小于波长时发生绕射，界面尺寸远小于波长时发生散射。
人体中的散射源是血液中的红细胞和脏器内部的细微结构。红细胞是人体血流多普勒频移信号的基础，脏器内部的细微结构是形成人体脏器细微结构变化的声像图基础。
（3）吸收、衰减：超声在介质中传播时，由于介质的黏滞性、导热性等因素，一部分声能不可逆地转换成其他形式的能量，使声能损耗，称为吸收。由于界面上的反射、折射、远场扩散及吸收，使声能在介质中随传播距离的增加而逐渐减弱，称为衰减。人体深部组织超声探查时，用时间增益补偿（TGC.，远场增益补偿后方能获得较满意图像。
（4）多普勒效应：声源遇到与其做相对运动的界面时，造成反射频率不同于发射频率的现象称为多普勒效应。发射频率与反射频率之差称多普勒频移。频移的大小与相对运动的方向及运动的速度有关。运用超声的多普勒效应可以检测人体中的运动体，如心脏及各级血管内的血液、瓣膜、心壁、血管壁等组织中某一点运动的方向、速度及性质。