超声波的生物效应即是超声对生物组织产生的作用，也是超声治疗的基础。超声的生物效应与超声波的声强、频率及生物组织本身的性质有关，且在声强低的情况下效应是可逆的，而声强超过一定阈值时则会产生不可逆效应。超声生物效应按其作用机理可分为：机械效应、热效应、声流效应、空化效应及触变效应等。
一、机械效应
当声强较低时，生物组织在超声作用下产生弹性振动，其位移幅度与声强的平方根成正比；但声强过高时，组织的机械振动超过其弹性极限，而造成组织的断裂或粉碎，这种效应为超声的机械效应。超声的机械效应是超声的主要治疗机理之一，它能引起细胞的改变及溶血过程，超声治疗消肿、止痛、解痉及软化疤痕等，都与机械效应的微细按摩作用分不开。超声的细胞按摩所产生的温、热和理化作用，在机体中能增强渗透，增进血液循环，刺激神经系统及软化组织。
二、热效应
由于生物组织的声吸收特性，超声能量射入组织后，部分超声能量将会变为热能，并使其温度升高，声吸收与温度有着密切的关系。尽管超声的热效应与机械效应相比，仅是次要的，但其微热作用对治疗疾病是不可忽视的机理之一。
超声热效应的机理大致有如下几个方面：
⑴超声振动通过媒质时能发生转变；
⑵媒质质点有周期性紧缩，以致引起温度增高中心，该中心发生在超声波的压缩相位中；
三、空化效应
超声空化效应不仅在超声处理中受到重视，由于在空化效应中空腹的瞬间爆炸所产生的高温、高压现象，将引起一系列生物效应，有的还会造成组织或部件的损伤，因而在超声治疗中同样受到重视。空化效应有两种：一种是稳态空化，另一种为瞬态空化。所谓稳态空化，即空化泡半径不超过原半径的75％的动力学过程，这时声压在一个大气压以下。若空化气泡半径变化很大，直至发生破裂过程，这时声压值很高，约几十个大气压以上，称为瞬态空化过程。瞬态及稳态过程都会引起生物效应，能引起自由基变化而影响细胞结构，由于瞬态空化的强烈破坏性，在治疗中必须注意。
四、声流效应
超声入射于两不同声阻抗率的媒质界面时，动量发生变化，产生辐射压力，对组织可产生撕裂和引起声流，即引起组织分子的移动或转动，当这种运动的幅度足够大时，会引起组织的损伤。
五、触变效应
超声波的作用还会引起生物组织结合状态的改变，如引起粘滞性减低，造成血浆变稀，雪球沉淀等，这种效应称为触变效应。当声强过高时，触变效应是不可逆变化，会对组织造成损伤。
六、超声弥散效应
超声波能提高半透明膜渗透作用，可使药物更易进入细菌体内。将消毒药物与超声合并使用，已证明可提高细菌对药物的敏感性，增强药物的杀菌作用，药物透入疗法的原理就在于此。
出了上述几种效应外、还有氢离子浓度的改变，超声引起组织中pH值改变。如pH值升高向碱性方向的变化，使伴有酸中毒现象的发炎组织有明显减轻，这对治疗急性炎症是有利的。超声还对高分子化合物有分裂作用，超声在机体中能引起分子产生大的振动速度，高速振动分子间产生摩擦力，此力能使聚集的分子遭到破坏，起到解聚作用。超声还有加速变化及氧化作用，这些作用对生物和医学有一定的意义。