超声波测量厚度的原理与光波测量原理相似。探头发射的超声波脉冲到达背测物体并在物体中传播，到达材料分界面时被反射回探头，通过测量超声波在材料中传播的时间来被测材料的厚度。
此仪器主要用途：超声波良导体材料的厚度。主要功能是：测量管材厚度，其次可对测量金属、塑料、陶瓷、玻璃及其他板材和加工零件做测量，另一重要方面是可以对生产设备中管道和压力容器进行监测，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。可应用于石油、化工、冶金、造船等各个领域。
清洁表面
测量前应清洗被测物体表面灰尘，污垢和锈蚀物，铲除油漆等覆盖物。
增加粗糙度要求
过分粗糙的表面会引起测量误差，甚至仪器无法测量，测量前应尽量使被测材料表面光滑，可使用磨，抛，锉等方法使其光滑。还可使用高粘度耦合剂。
粗机加工表面
粗机加工表面（如车床或刨床）所造成的有规则的细槽也会引起测量误差，弥补方法同上“增加粗糙度要求”中提到的方法，另外调整探头串音隔层板（穿过探头底面中心的金属薄层）与被测材料细槽之间的夹角，使隔层板与细槽相互垂直或平行，取读数的小值作为测量厚度，可取得较好的效果。
测量圆柱型表面
测量圆柱型材料，如管子，油桶等，选择探头串音隔层板与被测材料轴线之间的夹角重要。简单地说，将探头与被测材料耦合，探头串音隔层板与被测材料轴线平行或垂直，沿被测材料轴线方向垂直地缓慢摇动探头，屏幕上的读数将有规则地变化，选择读数中的小值，作为材料的准确厚度。
选择探头串音隔层板与被测材料轴线交角方向的标准取决于材料的曲率，直径较大的管材，选择探头串音隔板与管子轴线垂直，直径较小的管材，则选择与管子轴线平行和垂直两种方法测量，取读数中的小值作为测量厚度。
复合外形
当测量复合外形的材料（如管子弯头处）时可采用下面“探头的磨损中”介绍的方法，所不同的是要进行二次测量，分别读取探头串音隔板与轴线垂直与轴线平行的两个数值，其较小的一个数作为该材料在测量点处的厚度。
不平行表面
为了得到一个超声响应，被测材料的另一表面与被测面平行或同轴，否则将引起测量误差或根本无读数显示。
材料的温度影响
材料的厚度与超声波传播速度均受温度的影响，若对测量精度要求较高时，可采用试块对比法，即用相同材料的试块在相同温度条件进行测量，并求得温度补偿系数，用此系数修正工件的实测值。
大衰减材料
对于一些如纤维，多孔，粗粒子材料，它们会造成超声波的大量散射和能量衰减，以致出现反常的读数甚至无读数（通常反常的读数小于实际厚度），在这种情况下，则说明该材料不适于用此测厚仪测试。
参考试块
对不同材料在不同条件下进行测量，校准试块的材料越接近被测材料，测量就越准。参考试块将是一组被测材料的不同厚度的试块，试块能提供仪器补偿校正因素（如材料的微观结构，热处理条件，粒子方向，表面粗糙等）。为了精度测量的要求，一套参考试块将是很重要的。
在大部分情况下，只要使用一个参考试块就能得到测量精度，这个试块应具有与被测材料相同的材质和相近的厚度。取均匀被测材料用千分尺测量后就能作为一个试块。
对于薄材料，在它的厚度接近于探头测量下限时，可用试块来确定准确的低限。不要测量低于下限厚度的材料。如果一个厚度范围是可以估计的，那么试块的厚度应选上限值。
当被测材料较厚时，内部结构较为复杂的合金等，应在一组试块中选择一个接近被测材料的，以便于掌握校准。
大部分锻件和铸件的内部结构具有方向性，在不同的方向上，其声速将会有少量的变化，为了解决这个问题，试块应具有与被测材料相同方向的内部结构，声波在试块中的传播方向也要与在被测材料中的方向相同。在一定情况下，查已知材料的声速的功能，故可先测量出声速，再以此声速对工件进行测量。
测量中的几种方法
1—单测量法：在一点的测量
2—双测量法：在一点处用探头进行两次测量，两次测量中探头串音隔板要相互垂直。选择读数中的小值作为材料的准确厚度。
3—多点测量法：在某一测量范围内进行多次测量，取小值为材料厚度值。
探头串音隔板磨损对测量会造成影响，出现下列现象时应更换探头。
1—测量不同的厚度时，其测量值总显示某一值。
2—插上探头不进行测量就有耦合标志或测量值出现。
铸件测量
铸件测量有其特性。铸件材料的晶粒比较粗大，组织不够紧密，加上往往处于毛面状态就进行测量，因此使测量遇到较大的困难。先是晶粒的大和组织不致密性造成声能的大衰减，衰减是由材料对声能的散射和吸收造成的。衰减的程度与晶粒尺寸和超声频率是有密切关系的，相同频率下衰减随晶粒直径的增加而增加，但有一高点，超过这一点，晶粒直径再增加，衰减基本趋于一固定值。对于不同频率的衰减随频率的增加而增加。
其次，由于晶粒大和铸造中存在大异相组织时，将产生异常反射，即草状回波或树状回波，使测厚出现错误读数，造成误判。
另外，随着晶粒的大，金属结晶方向上的弹性异性表现得为显著，从而使不同方向上声速造成差异，差异甚至可达5.5％。而且工件内不同位置上组织的致密性也不一致，这也将造成声速的差异。这些都将产生测量的不准确。因此对铸件测量要小心。
对铸件测量时应注意：
1.在测量表面不加工的铸件时，采用粘度大的机油。黄油和水玻璃作耦合剂。
2.用于待测物相同的材料，测量方向与待测物也相同的标准试块校准材料的声速。
测量误差的预防方法：
薄材料
使用超声波测厚仪，当被测材料的厚度降到探头使用下限以下时，将导致测量误差，小厚度可用试块比较法测量。
当测量薄材料时，有时会发生一种称为“双重折射”的错误结果，它的结果为显示读数是实际厚度的二倍，另一种错误结果被称为“脉冲包络，循环跳跃”它的结果是测量值大于实际厚度，为防止这类误差，测临界薄材时应重复测量核对。
锈斑，腐蚀凹坑等
被测材料另一表面的锈斑凹坑等将引起读数无规则地变化，在情况下甚至无读数，很小的锈点有时是很难发现的。当发现凹坑或感到怀疑时，这个区域的测量就得十分小心，可选择探头串音隔层板不同角度的定位来作多次测试。
材料识别错误
当用一种材料校正了仪器后，又去测试另外一种材料时，将发生错误的结果，应注意选择正确的声速。
探头的磨损
探头表面为丙烯树脂，长期使用会使粗糙度增加，导致灵敏度下降，用户在确定为此原因造成误差的情况下，可用砂纸或油石少量打磨探头表面使其平滑并保障平行度。如仍然不稳定，则需更换探头。
层迭材料，复合材料
要测量未经耦合的层迭材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间。又因超声波不能在复合材料中以匀速传播，所以用超声波反射原理测量厚度的仪器都不适应于测量层迭材料和复合材料。
金属表面氧化层的影响
有些金属可在其表面产生较密的氧化层，例如铝等，这层氧化层与基体间结合紧密，无明显界面，但超声波在这两种物质中的传播速度是不同的，故会造成误差，且氧化层厚度不同误差的大小也不同，请用户在使用的时候加以注意，可以在同一批被测材料中选择一块用千分尺或卡尺测量制成样块，对仪器进行校准。
反常的厚度读数
操作者应该具备辨别反常读数的能力，通常锈斑，腐蚀凹坑，被测材料内部缺陷都将引起反常读数。
耦合剂的使用和选择
耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的高频超声波能量传递的。如果选择种类或使用方法不当将有可能造成误差或耦合标志闪烁，无法测量。耦合剂应适量使用，涂抹均匀。
选择适合种类的耦合剂是重要的，当使用的光滑材料表面时，低粘度耦合剂（如随机配置的耦合剂，轻机油等）是很适合的。当使用在粗糙材料表面，或者垂直表面及顶面时，可使用粘度较高的耦合剂（如甘油膏，黄油，润滑脂等）。
试块的清洁
由于使用随机试块对仪器进行检测时，需涂耦合剂，所以请注意防锈。使用后将随机试块擦净。气温较高时不要沾上汉液。长期不使用应该在随机试块表面涂上少量的油脂防锈，当再次使用时，将油脂擦净后，即可进行正常工作。
机壳的清洁
酒精.稀释液等对机壳有腐蚀作用（尤其是视窗），故清洗时，用少量清水轻轻擦拭即可。
探头的保护
探头表面为丙烯树脂，对粗糙表面的重划很敏感，因此在使用中应轻按。测粗糙表面时，尽量减少探头在工作表面的划动。
常温测量时，被测物表面不应超过60℃，否则探头不能用。
油.灰尘的附着会使探头线逐渐老化，断裂，使用后应去掉线缆上的污垢。