Le principe de fonctionnement du niveau à ultrasons repose sur l'émission et la réception d'ondes ultrasonores. La vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'air est constante. Les ondes ultrasonores sont émises puis réfléchies par la surface du liquide ou de l'objet. Le chronométrage commence à l'émission et se termine à la réception de l'écho. Le temps de transmission des ultrasons dans l'air est déterminé. Comme il s'agit d'un aller-retour, la distance réelle est la moitié de la distance parcourue. La profondeur de la cuve ou la hauteur du réservoir est fixe. Le niveau de liquide réel est la profondeur de la cuve moins la distance mesurée par le niveau à ultrasons, ce qui correspond à la hauteur du liquide ou du niveau de matériau. Ainsi, la mesure ultrasonique du niveau de liquide ou de matériau est réalisée.