Ultraheli paksusmõõturi tööpõhimõte põhineb ultraheliimpulsi peegeldumisel. Kui sondi kiirgav ultraheliimpulss läbib mõõdetavat objekti ja jõuab materjali liideseni, peegeldub impulss tagasi sondi. Mõõtes täpselt ultrahelilaine materjalis levimise aega, saab määrata mõõdetava materjali paksuse. Ultraheli paksusmõõtur sobib erinevate materjalide, sealhulgas metalli, keraamika, klaasi jne jaoks, kui need materjalid võivad panna ultrahelilaine levima nende sees püsiva kiirusega.
Ultraheli paksusmõõtur koosneb peamiselt kahest osast: peremeesorganismist ja sondist. Põhiahel sisaldab saateahelat, vastuvõtuahelat ning loendus- ja kuvaahelat. Saateahel genereerib kõrgepinge lööklaine, et ergutada sondi ja genereerida ultraheli edastava impulsi laine. Pulsilaine peegeldub keskmise liidese kaudu ja võtab vastu vastuvõtuahel. Pärast loendamist ja töötlemist ühe kiibiga mikroarvutiga kuvatakse paksuse väärtus LCD-ekraanil. See seade kasutab proovi paksuse arvutamiseks ultrahelilainete levimiskiirust materjalis, mis on korrutatud poolega proovi läbimise ajast.
Lisaks on ultraheli paksusmõõturitel ka mitut tüüpi sondid, näiteks ühekristallilised pikilaine sondid ja kahekristallilised pikisuunalised sondid. Kahekristall-sondidel on parem sidestusefekt ja need võivad vähendada levimise ajal ultrahelilainete tekitatud segadust, parandades seeläbi mõõtmise täpsust.