El principi de funcionament del mesurador de gruix ultrasònic es basa en la reflexió del pols ultrasònic. Quan el pols ultrasònic emès per la sonda travessa l'objecte a mesurar i arriba a la interfície del material, el pols es reflecteix de nou a la sonda. Mesurant amb precisió el temps de propagació de l'ona ultrasònica al material, es pot determinar el gruix del material a mesurar. El mesurador de gruix d'ultrasons és adequat per a diversos materials, com ara metall, ceràmica, vidre, etc., sempre que aquests materials puguin fer que l'ona ultrasònica es propagui al seu interior a una velocitat constant.
El mesurador de gruix ultrasònic es compon principalment de dues parts: l'amfitrió i la sonda. El circuit amfitrió inclou el circuit de transmissió, el circuit de recepció i el circuit de comptatge i visualització. El circuit de transmissió genera una ona de xoc d'alta tensió per excitar la sonda i generar una ona de pols de transmissió ultrasònica. L'ona de pols és reflectida per la interfície del mitjà i rebuda pel circuit receptor. Després de ser comptat i processat pel microordinador d'un sol xip, el valor del gruix es mostra a la pantalla LCD. Aquest dispositiu utilitza la velocitat de propagació de les ones ultrasòniques en el material multiplicada per la meitat del temps que passa per la mostra per calcular el gruix de la mostra.
A més, els mesuradors de gruix d'ultrasons també tenen una varietat de tipus de sondes, com ara sondes d'ona longitudinal d'un sol cristall i sondes d'ona longitudinal de doble cristall. Les sondes de cristall dual tenen millors efectes d'acoblament i poden reduir el desordre generat per les ones ultrasòniques durant la propagació, millorant així la precisió de la mesura.