超聲波細胞破碎儀是將電能通過換能器轉換為聲能，這種能量通過液體介質而變成一個個密集的小氣泡，這些小氣泡迅速炸裂，產生的象小炸彈一樣的能量，從而起到破碎細胞等物質的作用。基于超聲波在液體中的空化效應。換能器將通過變幅桿的電能在刀頭頂部的液體中產生高強度的剪切力，形成高頻交變水壓，使腔體膨脹爆炸，粉碎細胞。另一方面，由于超聲波在液體中的劇烈擾動，粒子產生大的加速度，使它們相互碰撞或與裝置壁碰撞而破碎。

超聲對細胞的作用主要有熱效應，空化效應和機械效應

熱效應是當超聲在介質中傳播時，摩擦力阻礙了由超聲引起的分子震動，使部分能量轉化為局部高熱（42-43℃），因為正常組織的臨界致死溫度為45.7℃，而腫瘤組織比正常組織敏感性高，故在此溫度下腫瘤細胞的代謝發生障礙，DNA、RNA、蛋白質合成受到影響，從而殺傷癌細胞而正常組織不受影響。

空化效應是在超聲照射下，生物體內形成空泡，隨著空泡震動和其猛烈的聚爆而產生出機械剪切壓力和動蕩，使腫瘤出血、組織瓦解以致壞死。另外，空化泡破裂時產生瞬時高溫（約5000℃）、高壓（可達500×104Pa），可使水蒸氣熱解離產生OH自由基和H原子，由OH自由基和H原子引起的氧化還原反應可導致多聚物降解、酶失活、脂質過氧化和細胞殺傷。

機械效應是超聲的原發效應，超聲波在傳播過程中介質質點交替地壓縮與伸張構成了壓力變化，引起細胞結構損傷。殺傷作用的強弱與超聲的頻率和強度密切相關。