超聲處理是為了各種目的（例如從植物、微藻和海藻中提取多種化合物）而施加聲能以攪動樣品中的顆粒的行為。通常使用超聲頻率（> 20 kHz），導致該過程也稱為超聲或超聲。

在實驗室中，通常使用超聲波浴或超聲波探頭（俗稱超聲波發生器）來應用它。在造紙機中，超聲波箔可以使纖維素纖維更均勻地分布并增強紙張強度。

超聲處理具有多種作用，包括化學作用和物理作用。超聲波的化學作用與理解聲波對化學系統的作用有關，這被稱為聲化學。超聲波的化學作用并非來自與分子種類的直接相互作用。研究表明，在分子水平上，聲場與化學物種的直接耦合不能解釋聲化學或聲致發光。取而代之的是，在聲化學中，聲波通過介質遷移，引起壓力變化和空化，而空化則不斷增長和瓦解，從而將聲波轉換為機械能。

超聲處理可用于生產納米顆粒，例如納米乳液、納米晶體、脂質體和蠟乳液，以及廢水凈化、脫氣、紫菜多糖和植物油的提取、花青素和抗氧化劑的提取、生物燃料的生產、原油脫硫、細胞破裂、聚合物和環氧樹脂加工、粘合劑稀化以及許多其他過程。它適用于制藥、化妝品、水、食品、油墨、油漆、涂料、木材處理、金屬加工、納米復合材料、農藥、燃料、木材產品和許多其他行業。

可以通過破壞分子間的相互作用來使用超聲處理來加速溶解。當無法攪拌樣品時（如NMR管），此功能特別有用。它也可以用于為某些化學反應進行提供能量。超聲可用于在真空下對液體進行超聲處理，從而從液體中去除溶解的氣體。這是冷凍泵解凍和噴射方法的替代方法。

在生物應用中，超聲處理可能足以破壞或滅活生物材料。例如，超聲通常用于破壞細胞膜并釋放細胞內含物。此過程稱為聲處理。小型單層囊泡（SUVs）可以通過超聲處理大型多層囊泡（LMVs）的分散體來制備。超聲處理還用于片段化DNA分子，其中將經過短時間超聲處理的DNA剪切成較小的片段。

超聲處理通常用于納米技術中，以將納米顆粒均勻地分散在液體中。另外，它用于破碎微米級膠體顆粒的聚集體。

超聲處理也可用于引發結晶過程，甚至控制多晶型結晶。用于干預反溶劑沉淀（結晶），以幫助混合和分離小晶體。

超聲處理是超聲清洗中使用的機制—減少粘附在表面上的顆粒。除了實驗室科學應用外，超聲浴還具有包括清潔物體（例如眼鏡和珠寶）的應用。

超聲處理也用于食品工業。主要應用是分散，以節省昂貴的乳化劑或加快過濾過程（植物油等）。進行了用于酒類和其他含酒精飲料的人工陳化的超聲處理實驗。

經常對土壤樣品進行超聲波處理，以使其分解。這樣就可以研究土壤團聚體的不同成分（尤其是土壤有機質），而無需對其進行嚴格的化學處理。

超聲處理還用于從巖石中提取微化石。

許多處理應用（例如，納米結晶、納米乳化、團聚、細胞破裂以及許多其他處理應用）都需要足夠的超聲強度和高超聲振動幅度。通常，首先在實驗室規模上測試過程以證明可行性并建立一些所需的超聲暴露參數。此階段完成后，該過程將轉移到中試（基準）規模以進行流通式生產前優化，然后轉移到工業規模以進行連續生產。在這些放大步驟中，至關重要的是要確保所有局部暴露條件（超聲波振幅、空化強度、在空化區域中花費的時間等）保持不變。如果滿足此條件，則最終產品的質量將保持在最佳水平，而生產率將通過可預測的“放大因子”提高。生產率的提高是由于實驗室，臺式和工業規模的超聲處理器系統合并了逐漸變大的超聲變幅桿，從而能夠產生越來越大的高強度空化區域，因此，每單位時間處理更多的材料。這稱為“直接可伸縮性”。重要的是要指出，僅增加超聲處理器的功率容量并不能導致直接可伸縮性，因為它可能（并且經常）伴隨著超聲波幅度和空化強度的降低。在直接放大過程中，必須保持所有處理條件，同時增加設備的額定功率，以便能夠操作更大的超聲波變幅桿。為該設備的工程師找到最佳操作條件是一個挑戰，需要對超聲處理器的副作用有深入的了解。