超声波焊接的基本原理是利用超声频机械振动(频率为10-70 kHz，振幅为1-250 μm)作用于塑料零件，使其在压力下产生局部加热(发热是由于表面和分子间摩擦综合作用的结果)和熔化而形成焊缝。如图所示，超声波焊接过程分为4个阶段。
第1阶段：焊头与零件接触，施压并开始振动。摩擦发热量熔化导能筋，溶液流入结合面，随着两零件之间距离的减少，焊接位量(两零件之间由于融体流动产生的距离减小值)开始增加。起初焊接位移量快速增加，然后在熔化的导能筋铺展并接触下零件表面时放慢增速。在固态摩擦阶段，发热是由于两表面之间的摩擦能和零件中的内摩擦产生的。摩擦发热便聚合物材料升温至其熔点。发热量取决于作用频率、振幅和压力。
第2阶段：熔化速度增加导致焊接位移量增大及两零件表面相接触。此阶段形成薄的熔化层，由于持续发热，熔化层厚度增加。此阶段的热量是由黏性耗散（viscous dissipation)产生 。
第3阶段；焊缝中溶液层厚度保持不变且伴随看恒温分布，出现稳态熔化。
第4阶段：在经过设定的时间或达到特定的能量、功率级或距离之后，电源切断，超声振动停止，开始进入第4阶段。压力得以保持，使部分额外溶液挤出结合面。在焊缝冷却和凝固时达到最大位移量，并发生分子间扩散。
