כאשר גלים קוליים מתפשטים בתווך, עקב האינטראקציה בין הגלים הקוליים למדיום, המדיום עובר שינויים פיזיקליים וכימיים, וכתוצאה מכך סדרה של השפעות קוליות מכניות, תרמיות, אלקטרומגנטיות וכימיות, כולל ההשפעות הבאות:
אפקט מכני
הפעולה המכנית הנגרמת על ידי אולטרסאונד יכולה לקדם אמולסיפיקציה של נוזלים, נזילות של ג'לים ופיזור מוצקים. כאשר הנוזל האולטראסוני יוצר גל עומד בתווך, החלקיקים הזעירים התלויים בנוזל מתעבים בצומת עקב הכוח המכני ויוצרים הצטברות תקופתית בתווך.
אפקט אלקטרומגנטי
כאשר גלים קוליים מתפשטים בחומרים פיזואלקטריים וחומרים מגנטוסטריקטיבים, מושרה קיטוב ומגנטיזציה מושרית עקב הפעולה המכנית של גלים קוליים.
אפקט קוויטציה
מספר רב של בועות קטנות יכול להיווצר כאשר גלים קוליים מוחלים על הנוזל. אחת הסיבות היא שמתח מתיחה מקומי מתרחש בנוזל ליצירת לחץ שלילי. הירידה בלחץ הופכת את הגז המומס במקור בנוזל לעל-רווי ובורח מהנוזל והופך לבועות קטנות. סיבה נוספת היא שמתח המתיחה החזק "קורע" את הנוזל לתוך חלל שנקרא cavitation. בתוך החלל יש אדי נוזלים או גז אחר שמתמוסס בנוזל, אולי אפילו ואקום. הבועות הקטנות שנוצרות על ידי קוויטציה ימשיכו לנוע, לגדול או להתפוצץ עם הרטט של המדיום שמסביב. כאשר הוא מתפוצץ, הנוזל שמסביב פורץ לפתע לתוך הבועות כדי ליצור טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, כמו גם גלי הלם. החיכוך הפנימי הנלווה לקוויטציה עלול ליצור מטען חשמלי ולגרום להארה בבועות עקב פריקה. הטכנולוגיה של טיפול קולי בנוזל קשורה בעיקר לקוויטציה.
אפקט תרמי
בשל התדר האולטראסוני הגבוה והאנרגיה הגבוהה, הוא יכול לייצר השפעות תרמיות משמעותיות כאשר הוא נקלט בחומר העבודה.
השפעה כימית
ההשפעה של גלים קוליים יכולה לקדם או להאיץ תגובות כימיות מסוימות. לדוגמה, מים מזוקקים טהורים מייצרים מי חמצן לאחר טיפול קולי; מים מומסים בחנקן מייצרים חומצה חנקתית לאחר טיפול קולי; והתמיסה המימית של הצבע תשנה את צבעה או תדהה לאחר טיפול קולי. תופעות אלו מלוות תמיד בקוויטציה. אולטרסאונד יכול גם להאיץ את תהליכי ההידרוליזה, הפירוק והפילמור של כימיקלים רבים. לאולטרסאונד יש השפעה משמעותית גם על תהליכים פוטוכימיים ואלקטרוכימיים. לאחר טיפול קולי בתמיסות מימיות שונות של חומצות אמינו שונות וחומרים אורגניים אחרים נעלמת פס ספקטרום הספיגה האופיינית ומראה ספיגה כללית אחידה, המעידה על שינוי במבנה המולקולרי על ידי קוויטציה.
