超声液位计是利用波在介质中的传播特性，具体地说，超声波在传播中遇到相界面时，有一部分反射回来，另一部分则折射入相邻介质中。但当它由气体传播到液体或固体中，或者由固体、液体传播到空气中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射，并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。
超声液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。相互组合
可以得到六种液位计的方案。图1为单探头超声液位计。其中（a）为气介式，（b）为液介式。（c）为固介式。在实际测量中，有时液面会有气泡、悬浮物、波浪或沸腾，引起反射混乱，产生测量误差，因此在复杂情况下宜采用固介式液位计。它不会因上述原因产生反射混乱或声束偏转。
（a）气介式 （b）液介式 （c）固介式
图1 单探头超声液位计
单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器。对于固介式，需要有两根金属棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。
由图1看出，超声波传播距离为l，波的传播速度为c，传播时间为△t，则
（1）
l是与液位有关的量，故测出△t便可知液位，△t的测量一般是用接收到的信号触发门电路对振荡器的脉冲进行计数来实现。
超声液位测量有许多优点：
①与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；
②超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；
③不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；
④能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位。
但超声仪器结构复杂，价格相对昂贵，而且当超声波传播介质温度或密度发生变化时，声速也将发生变化，对此超声液位计应有相应的补偿措施，否则会严重影响测量精度。另外，有些物质对超声波有强烈吸收作用，选用测量方法和测量仪器时要充分考虑液位测量的具体情况和条件。