Ultradźwięk tworzy się w sondzie, którą przykłada się do powierzchni mierzonego materiału. Ultradźwięk nie jest emitowany nieprzerwanie, lecz w krótkich impulsach. Impuls rozprzestrzenia się w materiale, odbija się od przeciwległej powierzchni, ewentualnie od wewnętrzej wady, a następnie wraca z powrotem do sondy, która przekształca go w sygnał elektryczny. Ów sygnał jest następnie dalej rozpracowywany.

Gdy ultradźwięk przechodzi przez ciało stałe, odbija się od jego krawędzi dzięki płynowi. Dlatego konieczne jest, by pomiędzy głowicę i mierzoną powierzchnią dodać środek płynny - tak zwany żel sprzęgający.

Ultradźwiękowa metoda pomiaru grubości nie służy do mierzenia bezpośrednio grubości, lecz czasu przejścia ultradźwięku przez materiał testowy tam i z powrotem. Można powiedzieć, że grubościomierz jest dokładnym stoperem, który mierzy czas pomiędzy wyjściem a powrotem impulsu. Jeżeli więc znamy czas i jedną z wielkości: grubość/szybkość, możemy według znanego wzorca obliczyć pozostałą wielkość. Uwaga na czas przejścia – jest on podwojony (tam i z powrotem).

Szybkość rozprzestrzeniania się dźwięku w materiale zależy od właściwości fizycznych materiału oraz, do pewnego stopnia, jego temperatury.

materiał	Szybkość rozprzestrzeniania się fal podłużnych w m/s
Żelazo	3500 – 5800
Miedź	4660 - 4700
Mosiądz	3830 – 4400
Nikiel	~ 5630
Stal ferretyczna	5850 – 5920
Stal austenityczna	5200 – 5800
Srebro	~ 3600
Ceramika	3000 – 6500
Lód	~ 3980
Ebonit	cca 2300
Pleksiglas	2650 – 2730
Polistyren	~ 2350
Poliamid	1800 – 2600
Teflon	~ 1350
Szkło okienne	~ 5700
Szklo krzemionkowe	~ 5570

Dla dokładnego pomiaru nie wystarczy dostosowanie prędkości rozprzestrzeniania się dźwięku na podstawie tabeli. Dokładność pomiaru zapewni tylko kalibracja na wzorcu schodowym (znanej grubości). Kalibracja musi być również wykonana na materiale o podobnej grubości. Przykład: w przypadku pomiaru stali cca 24 mm należy kalibrować na stalowym wzorcu schodowym grubości 25 mm.

Grubościomierze są stosowane do pomiarów grubości wszędzie tam, gdzie nie jest możliwy dostęp do drugiej strony i nie jest możliwy pomiar standardowymi urządzeniami pomiarowymi. Przykładem mogą być:

• Linie parowe, tarcze hamulcowe
• Materiały korodujące – wodociągi, konstrukcje budownicze, latarnie
• Kontrola jakości materiału – dostawy rur, blach w produkcji i dystrybucji
• Zastosowania specjalne – pomiary niektórych rodzajów plastiku, szkła

Podstawowe grubościomierze nie są wyposażone w funkcję Echo-Echo – pomiar przez warstwę farby. Jeżeli więc takim grubościomierzem dokonujemy pomiaru przez farbę, musimy liczyć się z ryzykiem uzyskania błędnych danych, które jest spowodowane tym, że nie możemy zobaczyć jak gruba jest warstwa farby i jaka jest szybkość rozprzestrzeniania się w niej dźwięku. Błąd pomiaru może być w niektórych przypadkach rzędu milimetrów. Za pomocą urządzeń z funkcją Echo-Echo, tzw. ignorowaniem grubości farby, dokonuje się pomiaru materiału pod farbą.

Tę funkcję posiadają zawansowane grubościomierze, które są wyposażone w wyświetlacz graficzny. B-scan funkcjonuje w ten sposób, że po przesunięciu sondy po powierzchni materiału na wyświetlaczu pojawia się jego przeciwna strona (histogram grubości). Pomiar przez warstwę farby Echo-Echo

Dostępne są specjalne grubościomierze służące do bardzo dokładnych pomiarów z dokładnością do tysięcznych milimetra. Takie urządzenia posiadają pojedyńcze głowice i dają możliwość pomiaru na bardzo cienkich materiałach.