Принцип роботи ультразвукового товщиноміра заснований на відображенні ультразвукового імпульсу. Коли ультразвуковий імпульс, випромінюваний датчиком, проходить через об’єкт, що підлягає вимірюванню, і досягає поверхні розділу матеріалу, імпульс відбивається назад до зонда. Шляхом точного вимірювання часу, протягом якого ультразвукова хвиля поширюється в матеріалі, можна визначити товщину матеріалу, який потрібно виміряти. Ультразвуковий товщиномір підходить для різних матеріалів, включаючи метал, кераміку, скло тощо, якщо ці матеріали можуть поширювати ультразвукову хвилю всередині них із постійною швидкістю.
Ультразвуковий товщиномір в основному складається з двох частин: приймача та зонда. Головна схема включає в себе схему передачі, схему прийому та схему підрахунку та відображення. Передавальна схема генерує ударну хвилю високої напруги для збудження зонда та генерування ультразвукової передавальної імпульсної хвилі. Пульсова хвиля відбивається межею розділу середовищ і приймається приймальним контуром. Після підрахунку та обробки однокристальним мікрокомп’ютером значення товщини відображається на РК-дисплеї. Цей пристрій використовує швидкість поширення ультразвукових хвиль у матеріалі, помножену на половину часу, який вони проходять крізь зразок, для обчислення товщини зразка.
Крім того, ультразвукові товщиноміри також мають різноманітні типи зондів, наприклад однокристалічні датчики поздовжньої хвилі та двокристалічні датчики поздовжньої хвилі. Подвійні кристалічні зонди мають кращий ефект зв’язку та можуть зменшити перешкоди, створювані ультразвуковими хвилями під час поширення, тим самим підвищуючи точність вимірювання.