Ultrasonic vatnsmælar reikna út vökvaflæði með því að mæla tímamuninn á milli úthljóðsbylgna sem ferðast í gegnum vökvann. Nánar tiltekið gefur úthljóðsmælirinn í vatnsmælinum frá sér hljóðmerki af tiltekinni tíðni. Þegar þessi merki dreifast í gegnum vökvann verða þau fyrir áhrifum af flæðihraða vökvans, sem veldur því að útbreiðsluhraði úthljóðsmerkisins breytist. Vatnsmælirinn tekur við úthljóðsmerkjunum sem skila sér og mælir tímamuninn á milli þeirra til að reikna út flæðishraða vökvans. Rennslishraði er síðan reiknaður út með því að margfalda flæðishraðann með þversniðsflatarmáli pípunnar.
Ultrasonic vatnsmælar nota venjulega tímamismunaaðferðina til að mæla rennslishraða, mæla muninn á útbreiðslutíma milli úthljóðsmerksins sem ferðast niðurstreymis og andstreymis. Vegna þess að úthljóðsmerki ferðast hraðar niður og hægar uppstreymis er hægt að nota tímamismuninn í þessar tvær áttir til að ákvarða flæðishraðann. Þessi aðferð býður upp á kosti mikillar nákvæmni, snertilausrar mælingar og langrar endingar, sem gerir hana hæfa fyrir margvísleg flókin vatnsgæði og umhverfisaðstæður.
