超声波探伤有纵波和横波两种，纵波用于探测深部的裂纹，一般探测深度可达数米；横波沿材料的表面传播，用于探测探头放不到的区域，如角焊的焊缝等。
下面用纵波探伤为例，说明超声波探伤的原理：
超声波直探头垂直于被测金属材料的表面，在探头与被测面之间有耦合剂，通常是调好的化学浆糊或高粘度的润滑油。探头内的压电晶体在电压的作用下，发出超声波，通过耦合剂传送到金属的表面，同时反射第一道回波——表面反射波，超声波穿透金属表面，直到遇到金属内部的裂纹等缺陷，一部分反射——缺陷反射波，另一部分穿透缺陷，直到金属材料的底部，因空气的声阻抗远大于金属材料，因此发生反射——底部反射波。如图下图，以上所述在显示屏上表现出来。
缺陷反射波在表面反射波和底部反射波之间的位置，表现出缺陷所在的深度。探头在探测面滑动，凡存在缺陷反射波的区域即为裂纹所包含的区域。
没有缺陷的区域，只有表面反射波和底部反射波。
纵波探伤示意图
超声波探伤的优势在于可以探测金属材料内部的缺陷及范围，同时也局限于声阻低的金属材料。同时也要注意：粗晶粒的材料对超声波探测不利，特别是灰口铸铁，片状石墨对超声波的干扰很大，因此超声波探伤不能用于铸铁的铸件。
利用超声波对晶粒大小的敏感性，也可以用于无损检测热处理对金属组织的效果。
使用耦合剂的原因在于探头与被测金属之间不许有空气，空气对超声波的阻抗很大，几乎不能穿透。耦合剂填充在探头与金属之间，驱离空气，所以超声波探伤对探测表面有一定的光洁度要求。
有些表面无法满足超声波探伤对表面的要求，例如下图的角焊接的焊缝。这就要利用横波来探测焊接热应力产生的裂纹，检查焊接质量。注意：在焊接部位金属是熔成一体的，没有图中的那些界线。横波探头用的最多的地方是焊接的高压化工球罐、桥梁钢架等处。
横波探伤示意图
