یک ضخامت سنج اولتراسونیک عموما شامل یک مدار گیرنده و فرستنده ، کنترل کننده و زمان سنج منطقی ، مدار محاسباتی ، مدار نمایش گر و یک تامین کننده نیرو است. پالسر، تحت کنترل یک میکروپروسسور، یک پالس محرک را به مبدل می فرستد . پالس ماوراء صوت بوسیله مبدل که به نمونه تست متصل شده ، تولید می شود. انعکاس ها از انتها یا داخل سطح نمونه بوسیله مبدل دریافت و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شوند . و یک آمپلیفایر دریافت کننده را تغذیه می کنند برای آنالیز کردن. میکرو پروسسور کنترل کننده و مدارهای زمان سنج منطقی پالس را منطبق کرده و و سیگنال های انعکاسی مناسب را برای اندازه گیری بازه زمانی انتخاب می کنند . وقتی که انعکاس ها دریافت می شوند ، مدار زمان سنجی ، یک بازه برابر با رفت و برگشت پالس صوتی در نمونه تست را بدقت اندازه خواهد گرفت . اغلب این پروسه چندین بار تکرار شده تا یک مقدار متوسط و پایدار بدست آید.

سپس میکروپروسسور این بازه زمانی را همراه با سرعت صوت و داده های ذخیره شده در حافظه دستگاه بکار می برد تا ضخامت را اندازه گیری کند. این ضخامت سپس نمایش داده شده و به طور متناوب آپدیت می شود . ضخامت خوانده شده همچنین ممکن است در حافظه بیرونی ذخیره شود یا به پرینتر انتقال پیدا کند .