超声波骨密度检测仪利用超音波技术进行工作，这种机械波的频率超过人类听觉范围，即高于20千赫。超音波的传播速度、频率与波长间存在固定关系：速度=波长×频率。当超音波穿透骨骼时，与X射线的相互作用截然不同，它在骨组织中会经历速度变化及能量衰减两大根本性改变。因此，现代临床应用的超声波骨密度仪主要测量两个关键参数：超音波速度和幅度衰减，其他参数均由此二者衍生。
根据力学原理，若超音波通过均匀材质（如塑料、橡胶），并且已知材质密度和超音波速度，可利用特定公式计算出材质的弹性模量，即杨氏模量，这是衡量材料强度的一个指标。然而，这一公式不适用于木材或松质骨这类非均匀材料，尽管如此，它仍能提供基础分析参考。
仪器构成上，超声波骨密度检测仪通常包括超音波发生器、超声波探头及计算机系统。操作时，超音波由发射探头释放，经由液体介质穿过被检测骨骼，再由接收探头捕获信号，计算机随即计算出超音波速度(SOS)和/或幅度衰减系数(BUA)。
市面上存在的超声波骨密度仪种类繁多，接近十种，它们分别针对不同检测部位，如脚踝、桡骨、手指等，功率各异，耦合方式也有区别，甚至在原理上有所差异。其中，桡骨检测因操作简便且代表性强，得到了医疗检测机构的广泛认可。目前市场上的此类仪器普遍具有较高精度，误差范围通常维持在1%至2%之间。