其工作原理是由发生器产生（20KHz或15KHz）的高压、高频信号，通过换能系统，把信号转换成高频机械振动，加于塑料工件之上，使其瞬间产生局部高温，由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
超声波塑料焊接的好好坏，取决于换能器焊头的振幅，所加压力和焊接时间等三个主要因素，焊接时间和焊接压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值，若能量超声波此值，焊接强度太大，容易变形；若能量小于此值，则焊接不劳，这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。