超声波有以下几种主要物理特性，并与超声诊断有密切关系。超声波的声束指向性：当声源直径远远大于所发射声波波长时，其发射的声波才具有一定方向传播的特性。诊断用超声波频率极高，波长大大小于换能器晶体片(声源)的直径，因此，超声波的成束性好，指向性强。临床上利用这种良好的声束指向性准确地对机体某一器官和病变进行定向探测或引导穿刺来诊断疾病。反射和折射：超声波在均匀的介质内沿直线传播。在入射到两种声阻抗不同的介质界面时，如果界面的宽度大于波长，就会发生反射和折射。界面两侧声阻抗差值有千分之一即可形成界面反射，因此超声波对不同的软组织分辨率很高。目前所用的超声诊断仪就是根据超声波的反射特性而研制的。反射构成的回波，代表了组织结构内不同的解剖学和病理组织学信息，是超声成像的基础。绕射和散射：超声波在介质内传播过程中，如遇到声阻抗不同、直径等于或小于1/2波长的微粒时，超声波则绕过微粒继续前进，这种现象叫做绕射。绕射可使超声波达到沿直线传播不能达到的区域。而当声波遇到一个界面远小于其波长的微粒时，部分声能激发微粒振动，形成新的点状声源向各个方向辐射声波，这种现象称为散射。散射是人体组织细微结构的成像基础。例如，多普勒频谱仪接收人
体红细胞的散射回波，获得多普勒的频移信号，以此显示其运动状态。一般来说，超声波在人体内的大界面上产生反射，而在软组织(包括血液)内的微小界面上发生散射。声波的衰减：超声波在介质中传播时，入射的能量随着传播距离的增加而减少，这种现象称为衰减。其主要原因是介质对声波的吸收、扩散和散射。声波的衰减给位置较深的病变诊断带来困难。但这一特性，也可以帮助我们诊断一些疾病，如结石的后方由于声能明显衰减，出现声影等，有助于识别某些特殊的病变。