把帶有油污的工件放進除油液中，并使除油過程處于一定頻率的超聲波場作用下的除油過程稱為超聲波除油。上述提到的溶劑除油、化學除油、電化學除油過程中都可以引入超聲波，引入超聲波可以強化除油的過程、縮短除油的時間、提高除油效率及質量、減少化學藥品的用量。特別是對形狀復雜的工件、小型精密的零件、表面附有難除污物的工件都有顯著的除油污效果。
   所用的超聲波是頻率為l6kHz以上高頻聲波，其除油原理是基于空化作用。當超聲波作用于除油液時，由于壓力波的傳導，使溶液在某一瞬間受到負應力，而在緊接著的一瞬間又受到正應力作用，經過反復的正、負應力作用，產生強大的沖擊波。這種沖擊波能沖刷工件的表面，促使油污膜的剝離。超聲波強化除油就是利用沖擊波對油膜產生的破壞、撕裂和分散的作用及空化現象產生的強烈攪拌作用的。
    超聲波除油的效果與工件表面的形狀、尺寸，油污的性質及污染程度，除油液的成分及工藝條件等有關。故此，最佳的超聲波工藝要通過實際試驗而定。據報道超聲波除油使用的頻率在30kHz左右。對小零件應采用較高頻率，對大零件可用大些的頻率。由于超聲波是直線傳播的，難以到達被遮蔽的部位，為了使各部分的油污都能清除干凈，除了要考慮超聲波發射放在最佳的位置外，最好要不斷地翻動工件，使其位置及方向改變，克服屏蔽的情況及現象，使除油工件表面每一點都得到超聲波的輻射作用。   
   當超聲波用在化學除油或電化學除油時，兩種除油液的濃度可以低些，溫度也可降低，甚于采用室溫，以免影響超聲波的作用及除油效果，也可以減少工件表面的腐蝕。