虽然人类早已观察到不少动物(如蝙蝠、鲸、海豚等)能发生及感受超声，但压电效应发现后，人类才可能制造适于医学应用的超声波。超声治疗机和更为复杂的超声诊断仪的发明均基于科学技术的发展。
如“A型”超声诊断是以曲线的幅度来反映反射回声的强弱，因此需要用阴极射线示波器才能实现，而“B型”超声诊断则除了扫描技术外，更需灰阶调制，实时成像、聚焦，图像的预处理及后处理等。技术及装备的发展，以及电子计算机技术的介入。
1927年出现关于超声波生物学效应的文章后，次年就有人将超声波试用于慢性耳聋的治疗，以后超声波治疗不断发展。到了二十世纪50年代，超声治疗工作已经成熟，但超声诊断工作对仪器要求更高，故发展较慢。
直至1950年，随着电子科学技术的发展，超声脉冲反射技术和阴极射线示波器的采用，幅度调制型超声诊断才得以用于临床。在辉度调制型超声诊断中，运动型或时间-运动型出现较早，此即日后称为超声心动图的心脏诊断技术。二维声像图则需要更高级、更尖端的技术，故出现更晚。
超声波对人体可以产生热的作用，这种热作用在很长一段时间内被当作超声治疗的主要机理。此后又发现超声振动会引起组织内微细的按摩作用(又称细胞按摩)，虽人体不能感觉，但它却是治疗作用的基础，其他的理论效应以及热作用均源于此。
超声能改变神经系统(中枢和周围神经系统)的兴奋性、传导功能和动作电位等，甚至引起结构、形态的变化。神经系统对超声远较其他组织敏感，神经细胞的敏感性又高于胶质细胞，而神经细胞体高于神经纤维。
超声可引起肌张力变化、肌原纤维凝集，使其中出现空泡、变性；可引起消化液增加，胃肠蠕动增强、水肿，渗出、瘀血，甚至出血；小剂量(安全量)超声波对生殖、泌尿、内分泌、骨骼、心血管等系统有促进功能的作用，但大剂量(损害量)则造成组织不可逆的损伤。
超声对人体组织有选择作用，如超声只去除坚硬的牙垢而不损伤柔软的牙龈，故超声洁齿有不出血操作的美称；体外震波(压电效应震波)对结石的粉碎作用远大于对周围组织的破坏；超声对某种细胞有特殊的“亲和力”，或某些细胞对超声特别敏感，在一定条件的超声波作用下，一些细胞破坏、死亡，而夹杂其间的其他细胞却可安然无恙。
如脑垂体直射治疗能选择性地破坏肿瘤细胞，而不波及其他细胞，是一种治疗肢端肥大症的安全方法。超声节育技术也是基于一定条件的超声波只影响生精细胞的生长，而又不损害睾丸的间质细胞的原理而开发的。
超声治疗时要控制剂量、超声诊断时要求更为严格，尤其在产科应用时必需考虑到超声对胚胎的影响。另一方面，为了有意地破坏组织，将聚焦产生的超声波用于颅内手术和体外震波碎石。
超声还可用于细胞或亚细胞水平的研究。超声照射血液后会出现红细胞聚集成缗钱状排列的假血栓、异型及大小不等的红细胞增加、而淋巴细胞及嗜酸性粒细胞减少等的现象。在各种血细胞中淋巴细胞及单核细胞对超声抵抗能力最大，嗜酸性粒细胞则敏感，各种细胞对超声的抵抗能力又受饮食、睡眠、内分泌、劳动、疾病、年龄等的影响。超声作用下血红蛋白、氢离子浓度、血糖、胆固醇、乳酸、出血时间、凝血时间也有变化。
超声在分子水平的生物学效应包括对DNA的解聚作用等，超声可以分裂各种多糖和单糖、核酸，使淀粉转变为糊精，使氨基酸脱氨和分裂氮氢键等。超声还能改变维生素、酶、激素的活力及功能。
超声在临床上的应用可分为超声诊断和超声疗法。超声诊断无损伤性、检查方便，图像直观，诊断快速，故应用广泛。
超声检测技术除用于疾病诊断及动态观察病情变化外，还用于许多反映机体及其组织生理、病理状态的测量工作。如测量眼轴和晶状体曲度以诊断及矫正屈光不正；测量脂肪厚度以了解肥胖与否及脂肪分布；测量骨质密度以诊断骨质稀疏与否及观察骨质状态等等。
超声疗法包括传统超声波疗法、小声头局部治疗、超声针灸、用大直径声头的大面积治疗(透声疗法)、应用超声波把药物推入人体内的超声药物透入疗法(声透疗法)。超声波治疗与其他治疗的复合应用也极多。
超声波的特殊治疗目前已有超声波接触性碎石与非接触性(聚焦)碎石，白内障的超声乳化，根管治疗，去除金属牙冠等。超声颅脑手术、超声治疗癌症也在研究中。