超聲波焊接機工作原理是熱可塑性塑料的超聲波加工，是利用工作接面間高頻率的摩擦而使分子間急速產生熱量，當此熱量足夠熔化工作時，停止超聲波發振，此時工件接面由熔融而固化，完成加工程序。
通常用于塑料加工的頻率有20KHZ和15KHZ，其中20KHZ仍在人類聽覺之外，故稱為超聲波，但15KHZ仍在人類聽覺范圍只內。
超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。超聲波焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互作用有個適宜值，能量超過適宜值時，塑料的熔解量就大，焊接物易變形；若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能太大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。
超聲波焊接機原理是將220V，50HZ轉變為15KHZ（或20KHZ）之高壓電能，利用震動子轉換成機械能。如此的機械振動，經由傳動子，焊頭傳至加工物，并利用空氣壓力，產生工作接面之摩擦效果。振動子和傳動子裝置在振筒內，外接焊頭，利用空壓系統和控制回路，在事先設定之條件下升降，以完成操作程序。

超聲波焊接機結構主要分為以下幾個部分：發生器、氣動分、程序控制分，換能器分。
發生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。 氣動分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。 程序控制分控制整機器的工作流程，做到一致的加工效果。 換能器分是將發生器產生的高壓電波轉換成機械振動，經過傳遞、放大、達到加工表面。 換能器分由三分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。 ① 換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號轉換成機械振動信號。將電信號轉換成機械振動信號有兩種物理效應可以應用。A：磁致伸縮效應。B：壓電效應的反效應。磁致伸縮效應在早期的超聲波應用中較常使用，其優點是可做的功率容量大；缺點是轉化效率低，制作難度大，難于大批量工業生產。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發明，使壓電效應反效應的應用得以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉換效率高，大批量生產等優點，缺點是制作的功率容量偏小。現有的超聲波機器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個金屬的前后負載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。 ② 焊頭（HORN）：焊頭的作用是對于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。 換能器、變幅桿、焊頭均設計為所工作的超聲頻率的半波長，所以它們的尺寸和形狀均要經過特別的設計；任何的改動均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業制作。耐用根據所采用的材料不同，尺寸也會有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。以完成操作程序。