Ultrazvučni vodomjeri izračunavaju protok tekućine mjerenjem vremenske razlike između ultrazvučnih valova koji putuju kroz tekućinu. Naime, ultrazvučni pretvarač unutar vodomjera emitira ultrazvučne signale određene frekvencije. Kako se ovi signali šire kroz tekućinu, na njih utječe brzina protoka tekućine, uzrokujući promjenu brzine širenja ultrazvučnog signala. Vodomjer prima povratne ultrazvučne signale i mjeri vremensku razliku između njih kako bi izračunao brzinu protoka tekućine. Brzina protoka se tada izračunava množenjem brzine protoka s površinom poprečnog-presjeka cijevi.
Ultrazvučni vodomjeri obično koriste metodu vremenske razlike za mjerenje protoka, mjereći razliku u vremenu propagacije između ultrazvučnog signala koji putuje nizvodno i uzvodno. Budući da ultrazvučni signali putuju brže nizvodno, a sporije uzvodno, vremenska razlika u ta dva smjera može se koristiti za određivanje brzine protoka. Ova metoda nudi prednosti visoke točnosti, be-kontaktnog mjerenja i dugog vijeka trajanja, što je čini prikladnom za niz složenih uvjeta kvalitete vode i okoliša.
