يعتمد مبدأ عمل مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية على قياس زمن انتشار الموجات الصوتية. يصدر المستشعر نبضات فوق صوتية، وعندما تصادف الموجة الصوتية سطح الوسط المقاس، تنعكس مرة أخرى. يستقبل المستشعر الإشارة المنعكسة ويحسب زمن الذهاب والعودة للموجة الصوتية. نظرًا لمعرفة سرعة انتشار الموجات الصوتية في الهواء، يمكن حساب ارتفاع مستوى السائل من خلال فرق الزمن.

يشير التصميم المنفصل إلى تركيب أجهزة الاستشعار (المجسات) وأجهزة الإرسال (وحدات معالجة الإشارات) بشكل منفصل، وعادةً ما يُستخدم في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة أو التآكلية أو المواقف التي تتطلب نقل الإشارات عن بُعد. يتم تركيب المجس مباشرة على الحاوية أو خزان التخزين، بينما يمكن تركيب جهاز الإرسال في موقع يسهل مراقبته وتشغيله، ويتم توصيل الاثنين بواسطة كابلات.