Ultragarsinio storio matuoklio veikimo principas pagrįstas ultragarso impulso atspindžiu. Kai zondo skleidžiamas ultragarsinis impulsas praeina per matuojamą objektą ir pasiekia medžiagos sąsają, impulsas atsispindi atgal į zondą. Tiksliai išmatavus ultragarso bangos plitimo medžiagoje laiką, galima nustatyti matuojamos medžiagos storį. Ultragarsinis storio matuoklis tinka įvairioms medžiagoms, įskaitant metalą, keramiką, stiklą ir kt., jei šios medžiagos gali priversti ultragarso bangą sklisti jos viduje pastoviu greičiu.
Ultragarsinis storio matuoklis daugiausia susideda iš dviejų dalių: pagrindinio ir zondo. Pagrindinę grandinę sudaro perdavimo grandinė, priėmimo grandinė ir skaičiavimo bei rodymo grandinė. Perdavimo grandinė sukuria aukštos įtampos smūgio bangą, kad sužadintų zondą ir generuotų ultragarso perdavimo impulso bangą. Pulso bangą atspindi terpės sąsaja ir priima priėmimo grandinė. Suskaičiavus ir apdorojus vieno lusto mikrokompiuteriu, storio reikšmė rodoma LCD ekrane. Šis prietaisas naudoja ultragarso bangų sklidimo medžiagoje greitį, padaugintą iš pusės laiko, kuris praeina pro mėginį, kad apskaičiuotų mėginio storį.
Be to, ultragarso storio matuokliai taip pat turi įvairių tipų zondus, tokius kaip vieno kristalo išilginės bangos zondai ir dviejų kristalų išilginės bangos zondai. Dviejų kristalų zondai turi geresnį sujungimo efektą ir gali sumažinti ultragarso bangų sukuriamą netvarką sklidimo metu, taip pagerindami matavimo tikslumą.