超聲波流量計以測量聲波在流動介質中傳播的時間與流量的關系為原理。超聲波在流體中順流和逆流傳播時，兩者的傳播速度不同，順流快，逆流慢，兩者的時間差與流體本身的流速成正比關系，通過測量計算時間差來測得流速，進而測得流量。

通常認為聲波在流體中的實際傳播速度是由介質靜止狀態下聲波的傳播速度（Cf）和流體軸向平均流速（Vm）在聲波傳播方向上的分量組成。如下示意圖所示，順流和逆流傳播時間與各量之間的關系是：

式中：tup—超聲波在流體中逆流傳播的時間；

　　tdown—超聲波在流體中順流傳播的時間；

　　L—聲道長度；

　　Cf—聲波在流體中傳播的速度；

　　Vm—流體的軸向平均速度；

　　φ—聲道角。

　　可利用公式（1）得出流體流速的表達式：

　　同樣用相似的方法獲得聲波的傳播速度表達式：

　　將測得的多個聲道的流速Vi，i=1，2，…，k；利用數學的函數關系聯合起來，可得到管道平均流速的估計值v平均，乘以過流面積A可得到體積流量qv，如式（4）：

　　其中：

　　式中：k—聲道數。

　　注：即便是給出了聲道的數目，但f（v1，...vk）的精確形式也會因聲道排列情況以及數值計算的方法不同而不同。

超聲波流量計的優點：

(1)流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力損失；

(2)能用于任何液體，特別是具有高黏度、強腐蝕，非導電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體的流量；

(3)對于大口徑管道的流量測量，不會因管徑大而增加投資；

(4)量程比較寬，可達10：1；輸出與流量之間呈線性等優點。

超聲波流量計的缺點：

(1)當被測液體中含有氣泡或有雜音時，將會影響測量精度，故要求變送器前后分別有10D和5D的直管段；

(2)此外，結構復雜，成本較高。