Le principe de fonctionnement du niveau ultrasonique repose sur la mesure du temps de propagation des ondes sonores. Le capteur émet des impulsions ultrasoniques, et lorsque l'onde sonore rencontre la surface du milieu mesuré, elle est réfléchie. Le capteur reçoit le signal réfléchi et calcule le temps d'aller-retour de l'onde sonore. Étant donné que la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'air est connue, la hauteur du niveau liquide peut être calculée par différence de temps.

La conception séparée fait référence à l'installation de capteurs (sondes) et de transmetteurs (unités de traitement du signal) séparément, généralement utilisée dans des environnements à haute température, corrosifs ou dans des situations nécessitant une transmission de signal à distance. La sonde est installée directement sur le récipient ou le réservoir de stockage, tandis que le transmetteur peut être installé dans un endroit facile à observer et à utiliser, les deux étant reliés par des câbles.