超聲缺陷探測方法可以潛在地應用于任何標準工程材料的檢測中，以找到材料中的隱藏裂紋、空隙、多孔性、內含物以及相似的不連續性。雖然大多數這類檢測的對象是鋼和其它結構金屬，但是探傷儀也可以對塑料、復合材料、玻璃纖維及陶瓷等材料進行檢測。一些常見應用如下：
焊縫檢測：到目前為止超聲缺陷探測重要的市場。
初級金屬：梁柱、鋼坯、棒材、鑄塊、鍛件、管材。
基礎設施：橋梁梁體、橋梁銷釘、鐵軌、金屬結構。
石油化工：管道、箱罐、支撐結構。
在役檢測：火車的車輪和輪軸、飛機的起落架和發動機架、起重機臂、驅動軸、箱罐和壓力容器，以及螺栓的檢測。
制造工業：點焊、釬焊接頭、鑄件以及粘接檢測。
復合材料：航空航天部件、風力渦輪機、汽車的復合材料部件及船用玻璃纖維。
現代超聲探傷儀都是一些基于微處理器的小巧便攜式儀器，既可以在廠房車間內使用，也可以在野外的露天環境中使用。這些儀器可生成并顯示超聲波形，受過培訓的操作人員對這些波形進行解讀，（解讀過程通常要借助于分析軟件完成），以定位被測樣件中的缺陷，并對缺陷進行分類。一般來說，檢測操作需要一個超聲脈沖發生器/接收器、用于信號采集和分析的硬件和軟件、一個波形顯示屏，以及一個數據記錄模塊。盡管還會生產一些基于模擬方式的探傷儀，大多數當代儀器都使用數字式信號處理方式，以獲得穩定的信號和準確的數據。
脈沖發生器/接收器部分構成了探傷儀的超聲前端。它提供用于驅動探頭的激勵脈沖，以及用于回波的放大功能和濾波功能。可以對脈沖波幅、形狀和阻尼進行控制，以優化探頭的性能，而且可以調整接收器的增益和帶寬，以優化信噪比。
顯示屏可以是液晶顯示屏、場致發光顯示屏，或較早型號的陰極射線管（CRT）顯示屏。屏幕一般以深度或距離單位校準。 多色顯示有助于對數據進行判讀。
內置數據記錄器可用于記錄有關每次檢測的全部波形和設置信息，如果在進行文檔處理時有此需要；也可以只記錄所選擇的信息，如：回波波幅、深度或距離讀數、或報警條件是否存在的信息。
基本檢測方法：
1. 垂直聲束檢測（板材、棒材、鍛件、鑄件等）
垂直聲束檢測一般用于發現與被測樣件的表面平行的裂紋或分層缺陷，以及被測材料中的孔隙和多孔性。這種檢測可以使用接觸式探頭、延遲塊探頭、雙晶探頭或水浸探頭，所有這些探頭都將縱波沿著直線聲程發送到被測工件中。常見應用包含對板材、棒材、鍛件、鑄件的檢測，以及對螺栓和吊架銷釘及可能會出現平行于接觸表面的裂紋的類似工件的檢測。垂直聲束檢測一般還用于玻璃纖維和復合材料的檢測。
基本原理：在一種介質中傳播的聲能會一直傳播，直到遇到另一種材料的介質時，如：圍繞底面的空氣或由裂紋或類似的不連續性形成的空隙，聲能會從兩種介質的邊界上散播或反射回來。在這類檢測中，操作人員將探頭耦合到被檢樣件，并辨別從底面返回的回波，以及任何來自某些幾何結構的固定反射信號，如：凹槽或凸緣。記下來自合格工件的回波的特征圖形后，操作人員就可以尋找被測工件中出現在底面回波前的任何其它回波，對出現的晶粒散射噪波，可以不予考慮。出現在底面回波前面的具有重要聲學意義的回波意味著可能存在層狀裂紋或孔隙。通過進一步分析，可以確定產生反射信號的結構（反射體）的深度、大小和形狀。

不存在缺陷	存在缺陷
聲波在材料中傳播，并從底面反射回來。	1） 一些聲波可以在整個材料中傳播，并從底面反射回來，而另一些聲波會從材料內部的缺陷處反射回來。 2） 回波波幅與缺陷的大小相關

檢測平板和平滑的棒材時，這種檢測操作通常都很簡單。
垂直聲束檢測還可用于檢測釬焊接頭和其他一些方向與表面平行的膠層。在這些檢測中，即使合格的接頭一般也會發射回波，因為釬焊金屬或粘合材料與被連接的材料不同。不過，與合格情況相比，缺少粘接材料時反射的回波會更大，因此通過對比檢測一般可以發現粘接方面的缺陷，因此膠層的回波波幅可用作粘接條件的指示器。
2. 角度聲束檢測

垂直聲束技術在尋找分層缺陷時具有很高的效率，但是在檢測很多普通類型的焊縫時不太有效，因為在這些焊縫中，不連續性的方向一般不會與工件表面平行。焊縫幾何形狀、缺陷方向，以及焊冠或焊道的存在這些因素綜合在一起，要求使用以一定角度生成的聲束，從焊縫的一側，對焊縫進行檢測。角度聲束檢測是到目前為止超聲缺陷檢測中常用的技術。 角度聲束探頭包含一個探頭和一個楔塊，探頭和楔塊可以是分開的部件，也可以被安裝在同一個外殼中。它們使用折射原理，在兩種介質的邊界處發生的模式轉換會在被測樣件中生成折射橫波或縱波，如右圖所示。

大多數常用角度聲束探頭會在被測材料中生成45度、60度或70度標準角度的折射橫波。生成想要折射角度所需的入射角度基于材料的聲速，并根據斯涅爾法則，通過以下公式計算。
在將塑料或環氧樹脂楔塊耦合到鋼材料的典型應用中，低入射角度會生成包含縱波和橫波兩種模式的聲束，而且特定的縱波角度聲束楔塊確實存在。但是，在常用檢測角度下，只會生成一個主橫波，因為可以解方程的縱波角度會超出90度，而這種情況是不可能的。

在一般的檢測中，聲束會以生成的角度向下傳播到被測樣件的底面，然后再以相同的角度向上反射。前后移動探頭會使聲束掃查到焊縫的整個高度。這種掃查運動可以對整個焊縫體積進行檢測，而且可以探測到焊縫的融合線處以及焊縫體積內的不連續性缺陷。
正如垂直聲束檢測，在角度聲束檢測中，操作人員要尋找對應于不連續性缺陷的反射信號。在進行初始設置時，操作人員須記下來自焊道或其他幾何結構的任何回波。在代表焊縫的區域中出現的其他回波可能來自于未融合、裂紋、多孔性或其他不連續性缺陷，通過進一步分析，可以確定這些缺陷的類型、深度和大小。
在下面的示例中，聲束通過合格焊縫，沒有反射回來，因此屏幕上沒有出現表示缺陷的指示信號。在另一幅圖中，焊縫區域的不連續性引起了聲束的較強反射，這個帶有缺陷的區域由紅色閘門標出。