超聲波能量作用於介質，會引起質點高速細微的振動，產生速度、加速度、聲壓、聲強等力學量的變化，從而引起機械效應。超聲波是機械能量的傳播形式，與波動過程有關，會產生線性效變的振動作用。超聲波在介質中傳播時，質點位移振幅雖然很小 ，但超聲引起的質點加速度卻非常大。
若20kHz、1W/cm2的超聲波在水中傳播，則其產生的聲壓幅值為173kPa,這意味著聲壓幅值每秒鐘內要在正負173kPa之間變化2萬次，最大質點的加速度達1440km/s2,大約為重力加速度的1500倍，這樣激烈而快速變化的機械運動就是功率超聲的機械振動效應。
當超聲介質不是均勻的分層介質時(例如生物組織、人體等),各層介質的聲阻抗不同將使傳播的聲波產生反射、形成駐波，駐波的波腹、波節造成壓力、張力和加速度的變化。由於不同介質質點(例如生物分子)的質量不同，則壓力變化引起的振動速度有差異，使介質質點間的相對運動所造成的壓力變化，是引起超聲機械效應的另一原因。利用超聲的機械效應應進行加工處理(打孔、切割、壓實、表面強化、焊接、清洗、拋光及去除不希望的薄膜和髒物等),也用於加速分散、均質、乳化、粉碎、殺菌等其他過程。
超聲的機械作用在生產中得到了廣泛的應用，現舉例如下：
機械攪拌
超聲的高頻振動及輻射壓力可在氣、液體中形成有效的攪動與流動。空化氣泡振動對固體表面產生的強烈射流及局部微衝流，均能顯著減弱液體的表面張力及摩擦力，並破壞固-液界面的附面層，因而達到普通低頻機械攪動達不到的效果。這一作用是藥物透人，美容品導人皮膚，超聲除氣，食品及化妝品調勻細化等應用的物理基礎。
相互擴散
利用超聲振動及空化的壓力、高溫效應，促使兩種液體，兩種固體，或液-固、液氣界面之間，發生分子的相互滲透，形成新的物質屬性。金屬或塑料的超聲焊接，超聲乳化、清洗、霧化可歸為此類作用。
均勻化
空化氣泡閉合後產生的局部衝擊波，可粉碎液體中的顆粒，使其細化；使結晶均勻；將較大、不均勻乳滴分散為微小均勻藥劑(如醫用造影劑、治癌藥劑等);甚至可包括消融血栓等作用。
凝聚作用
超聲振動可使氣、液媒質中懸浮粒子以不同速度運動，增加相碰撞機會；或利用駐波使它們趨于波腹處，從而發生凝聚過程。煙道收塵、人工降雨可屬此類。
機械切削作用
因超聲振動加速度甚大，加上空化的聲腐蝕作用，可對硬脆材料(寶石、陶瓷、玻璃、磁鋼等)進行特形精密加工。
粉碎作用
利用高強度超聲脈衝，可以粉碎人體內的腎結石和膽結石而不損傷軟組織。