超聲波在生物工程中應用的作用機制主要是超聲的空化作用及機械傳質作用。超聲的空化對生物的作用大致可以根據超聲的強度不同分為兩個方面：超聲波的瞬時空化作用可使細胞破碎，酶失活；而當超聲波的聲強較低時，產生的空化泡的大小變化是有規律而和緩的，并以非線形的方式在媒質中震蕩若干個聲周期，使其周圍的酶和細胞顆粒受到微聲流切應力的作用，這種空化即為穩態空化。

         穩態空化作用對細胞產生的破壞很小，并能有效促進可逆滲透，從而加強細胞內外物質運輸，減少次生代謝產物的積累對微生物代謝的抑制作用，促進代謝產物的合成。穩態空化正是以這種特殊的能量形式來增強微生物的活性、加速生物反應速率。