Só são aplicáveis em fluidos com ausência ou uma mínima presença de partículas ou borbulhas em suspensão, uma vez que necessitam de um fluido livre de elementos que podem obstruir ou alterar o avanço do feixe ultrasónico. Para a sua aplicação é necessário instalar dois sensores na conduta situados em ambos os lados e deslocados de forma a que o feixe ultrasónico se desloque numa diagonal.
O princípio de medida é a diferença de tempo de trânsito de impulsos ultrasónicos que se propagam em e contra a direção do fluxo. Esta diferença de tempo é uma medida da velocidade média do fluido ao longo da trajetória do feixe ultrasónico. O caudal pode ser calculado mediante o uso dos tempos de trânsito absolutos tanto da velocidade do fluido promediado e a velocidade do som.
Os caudalímetros ultrasónicos podem ser em forma de carrete, quando o instrumento é intercalado na conduta por meio de flanges ou roscas, ou pode ser de inserção, quando se fornecem os dois sensores que são instalados na mesma conduta por parte do cliente.