超声波染色的机理远非一门学科所能说明，它不但体现了染色理论方面的知识，而且更多地融会了材料力学、断裂力学、损伤力学以及力化学等方面的内容。下面将以这些理论为依据，运用物理的观点，从超声波对染浴和纤维两方面的作用剖析一下超声波染色机理。
1.力学机制
（1）超声波对染浴作用的力学机制。
①在浴中它使极细的空化泡形成和破裂，因而在极小的范围内增加压力和温度，瞬间使分子的动能增加，从而有利于染料分子克服扩散能阻进入纤维的内部，从而有利于提高上染百分率，加快上染速率。
②产生类似搅拌的作用，能使染料的扩散边界层变薄、破裂，增加染料与纤维表面的接触，有利于纤维内外染液的循环，提高了染料的扩散速率。
③空穴效应能将纤维毛细管中或织物经纬纱交叉点溶解或滞留的空气分子排除掉，从而有利于染料与纤维间的接触，有利于染色的进行。
其中，更重要的是类似于搅拌的作用。它能使染浴中的胶束和分子的缔合体粉碎，形成均匀的分散体，提高扩散系数，降低了染料的活化能。
（2）超声波对纤维作用的力学机制。所有的纤维都是大分子化合物，都包括晶区和无定形区。染色时，染料分子只能进入纤维的无定形区，因此，凡是有利于纤维无定形区空隙的加大和纤维内外比表面积加大的因素，都有利于染色过程的顺利进行。
当能传播能量的超声波作用于纤维材料时，这种机械作用必将在纤维材料的原始缺陷处（即无定形区的空隙）产生应力、应变能的集中，超声波所传送的能量，必然有一部分转化为形成新表面所需要的能量，引起裂纹的扩展。在适当的条件下，主要发生裂纹的亚临界扩展，即裂纹的尖端钝化，前缘发生一定程度的塑性变形。此时必定会产生微晶之间的错位，使纤维内部的比表面积加大，即无定形区的空隙加大，当然有时也会使纤维高分子物的结晶完整性受到一定程度的破坏，导致结晶度下降，无定形区的含量增加。
由于超声波的作用，产生了纤维表面的微观滑移而形成疲劳源，即所谓的疲劳裂纹成核。此后，这一微小的裂纹沿结晶面生长，相继发生疲劳裂纹的亚临界扩展，致使纤维表面如同被腐蚀了一样。另外，由于水分子与纤维表面发生黏滞性的类摩擦作用，也会产生这种效果。(www.xing528.com)
总之，由于超声波对染浴和纤维作用的力学作用，可使更多的可及的染料分子很快地被吸附在纤维的表面，纤维中有足够大的空隙使染料分子更容易扩散，从而使染料平衡上染百分率提高，染料的上染活化能降低，上染速率加快。
纤维结构发生上述的变化，一定避免不了发生纤维强力等力学性的劣化，但只要把这种损伤控制在所需要的限度内，就能保证超声波染色的顺利进行。
2.吸热效应 超声波与介质的相互作用尤其是介质的吸热效应也是超声波染色的一个基本出发点和主要基础。在这一过程中，它们必然要与其周围的其他分子发生黏滞性的相互作用，产生类摩擦效应，结果媒质必然吸收一部分声能，把它转化为热能，使其自身温度升高。
除了黏滞性的吸收之外，还需考虑媒质热传导的贡献。当媒质中有声波传播时，压缩区的温度将高于平均温度，稀疏区的温度将低于平均温度，因此有一部分热能将由压缩区转移到稀疏区，这导致压缩区在膨胀时所做的功小于压缩时声波对它所做的功，从而造成对声波的附加吸收。
在介质中还存在着一些离子或自由基、自由电子，在外电场存在的条件下，形成离子导电，也会产生热效应。超声波染色一般使染液的运动加快，温度升高。即存在着选择加热，不至于使纤维因温度过高而被破坏。
因此，采用超声波进行染色，利用染浴对之有较强的吸热效应，完全可以在较低的温度下达到或超过人们所要求的染色效果。
3.超声波作用的力化学机制 根据高分子物的化学机制，在超声波这种机械作用的影响下，在适当的条件下，纤维材料的大分子会产生初级自由基，而且往往是一个大分子中含有多个自由基。
在液体介质的空穴表面，由于表面离子分布的不均匀性，可能产生一定的势能差，由于带电而导致发光，并使介质组分激发和离子化，生成如离子、自由基及具有不同生存期的原子之类的活性粒子，借助于空穴带消失时所产生的水力冲击进入纤维内部，与纤维大分子的初级自由基产生一定的共价键结合，这样有利于染料的上染，减少染料的浪费，降低环境污染。
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