Die Ultraschallmikroskopie (auch SAM = Scanning Acoustic Microscopy) nutzt die Ausbreitung von Schallwellen in Festkörpern für die Untersuchung von Proben. Schallwellen breiten sich zum einen in unterschiedlichen Materialien verschieden schnell aus, zum anderen werden Sie beim Übergang an der Grenzfläche von einem Material zu einem anderen Material unterschiedlich stark reflektiert. Es entsteht ein „Echo“, dass eine spezifische Amplitudenänderung und Phasenverschiebung aufweist. Aus den aufgefangenen Echosignalen (Amplitude, Phasenverschiebung und Laufzeit), die beim Scannen der Probe erfasst werden, können entsprechende Softwarealgorithmen dann ein Bild des inneren Schichtaufbaus der Probe berechnen. Verschiedene Scan-Modi erlauben unterschiedliche Auswertungen der Daten.

Für die Erzeugung der Schallwellen werden meist piezoelektrische Kristalle oder Keramiken genutzt. Diese sogenannten Transducer arbeiten bei jeweils fest eingestellten Nennfrequenzen zwischen 10 MHz und ca. 250 MHz. Die gewählte Frequenz bestimmt die erreichbare Eindringtiefe und die laterale Auflösung. Hohe Frequenzen ermöglichen eine hohe Auflösung, aber geringe Eindringtiefe, niedrige Frequenzen umgekehrt eine hohe Eindringtiefe, aber geringe laterale Auflösung. Die axiale Auflösung liegt materialabhängig im Festkörper bei minimal ca. 20 µm. Zwischenschichten im Festkörper, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sind, können jedoch wegen der großen Unterschiede in der Schallimpedanz im Vergleich zu den darüber und darunter liegenden Festkörperschichten schon ab einigen 10 nm Dicke detektiert werden. Damit eignet sich das Verfahren sehr gut zur Untersuchung von z.B. Delaminationen im Schichtaufbau.

Materialien mit darin enthaltenen geometrisch unbestimmten Teilchen, z.B. gefüllte Polymere, sind aufgrund der dadurch entstehenden Streuung des Echosignals schwer untersuchbar. Ebenso ist zu beachten, das sämtliche Proben zur Ankopplung des Ultraschalls komplett in ein entsprechendes Koppelmedium, z.B. deionisiertes Wasser, gelegt werden müssen.