Mae egwyddor weithredol mesurydd trwch ultrasonic yn seiliedig ar adlewyrchiad pwls ultrasonic. Pan fydd y pwls ultrasonic a allyrrir gan y stiliwr yn mynd trwy'r gwrthrych i'w fesur ac yn cyrraedd y rhyngwyneb deunydd, mae'r pwls yn cael ei adlewyrchu yn ôl i'r stiliwr. Trwy fesur yn gywir yr amser i'r don ultrasonic luosogi yn y deunydd, gellir pennu trwch y deunydd i'w fesur. Mae mesurydd trwch ultrasonic yn addas ar gyfer gwahanol ddeunyddiau, gan gynnwys metel, cerameg, gwydr, ac ati, cyn belled ag y gall y deunyddiau hyn wneud i'r tonnau ultrasonic luosogi y tu mewn iddynt ar gyflymder cyson.
Mae'r mesurydd trwch ultrasonic yn cynnwys dwy ran yn bennaf: y gwesteiwr a'r stiliwr. Mae'r gylched gwesteiwr yn cynnwys y gylched drawsyrru, y gylched dderbyn a'r gylched cyfrif ac arddangos. Mae'r gylched trawsyrru yn cynhyrchu ton sioc foltedd uchel i gyffroi'r stiliwr a chynhyrchu ton pwls trawsyrru ultrasonic. Mae'r don pwls yn cael ei adlewyrchu gan y rhyngwyneb canolig a'i dderbyn gan y cylched derbyn. Ar ôl cael ei gyfrif a'i brosesu gan y microgyfrifiadur sglodion sengl, mae'r gwerth trwch yn cael ei arddangos ar yr LCD. Mae'r ddyfais hon yn defnyddio cyflymder lluosogi tonnau ultrasonic yn y deunydd wedi'i luosi â hanner yr amser y mae'n mynd trwy'r sampl i gyfrifo trwch y sampl.
Yn ogystal, mae gan fesuryddion trwch ultrasonic amrywiaeth o fathau o stiliwr, megis stilwyr tonnau hydredol grisial sengl a stilwyr tonnau hydredol grisial deuol. Mae stilwyr crisial deuol yn cael effeithiau cyplu gwell a gallant leihau'r annibendod a gynhyrchir gan donnau ultrasonic yn ystod lluosogi, a thrwy hynny wella cywirdeb mesur.