Pembersih perhiasan ultrasonik beroperasi dengan menciptakan gelombang frekuensi tinggi dalam cairan. Perhiasan yang akan dibersihkan ditempatkan dalam cairan ini, dimana gerakan air yang cepat menciptakan gelembung-gelembung yang sangat kecil yang mengenai permukaan yang akan dibersihkan dan menjatuhkan kotoran ke dasar wadah cairan. Beberapa pembersih perhiasan ultrasonik memerlukan jenis cairan pembersih khusus untuk membantu menghilangkan kotoran lebih efektif, sementara yang lain hanya membutuhkan air. Banyak jenis perhiasan yang terbuat dari logam keras dapat dibersihkan dengan pembersih perhiasan ultrasonik, tetapi beberapa desain halus dan batu permata dapat rusak jika melewati mesin tersebut.
Mekanisme dasar yang digunakan dalam pembersih perhiasan ultrasonik adalah perangkat yang menghasilkan suara frekuensi tinggi yang disebut transduser. Sinyal ini memasuki cairan, yang harus cukup kental agar gelombang dapat melewatinya dengan cepat, dan mulai menghasilkan gelembung yang sangat kecil. Semakin tinggi frekuensi suara, semakin kecil gelembungnya. Gelembung-gelembung ini bergerak melalui cairan dan mengenai permukaan perhiasan yang akan dibersihkan, menyebabkan kotoran berjatuhan.
Untuk jenis noda dan kotoran tertentu pada perhiasan, mungkin perlu menggunakan cairan pembersih di dalam air. Hal ini dapat mencegah Anda harus membersihkan perhiasan melalui pembersih ultrasonik berulang kali sampai noda hilang secara perlahan. Pembersih perhiasan ultrasonik berdaya rendah mungkin memerlukan cairan pembersih agar berfungsi dengan baik. Ini bisa berupa larutan amonia sederhana atau pelarut yang lebih kompleks.
Gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke dalam air hanya menyentuh perhiasan selama beberapa menit setiap kali, tergantung pada desain mesin. Pembersih perhiasan ultrasonik yang sangat kuat sebenarnya dapat menyebabkan kerusakan pada perhiasan atau batu permata yang rapuh. Secara khusus, batu seperti mutiara dapat dirusak oleh pembersih ultrasonik. Demikian pula, perhiasan yang sangat rapuh atau sangat halus dalam konstruksi dapat rusak. Meninggalkan perhiasan di dalam pembersih lebih lama dari waktu siklus yang direkomendasikan juga dapat menyebabkan kerusakan.
Beberapa pembersih perhiasan ultrasonik memiliki desain yang sangat sederhana, hanya terdiri dari transduser, timer, dan wadah untuk menampung air; di sinilah perhiasan ditempatkan untuk dibersihkan. Desain lain lebih kompleks, menyediakan baki yang memungkinkan perhiasan diamankan di tempatnya sebelum diturunkan. Beberapa desain bahkan dilengkapi dengan mekanisme yang berputar perlahan di dalam cairan, sehingga potongan seperti gelang dapat dipasang dan diputar saat dibersihkan.