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超声探头起到电/声的转换作用，是超声设备的关键部件。按诊断部位，可以将超声探头分为眼科探头、心脏探头、腹部探头、颅脑探头、子宫探头、肛门探头、儿童探头等。按几何形状，可分为矩形探头、柱形探头、凸形探头、圆形探头、环形探头、喇叭形探头等。按波束控制方式，可分为线扫探头、机械扇扫探头、电子扇扫探头（相控阵）、凸阵探头等。超声探头的基本单元是压电振元，压电振元的两端被覆有激励电极的压电体，当两端施加压力的频率等于其固有频率时，将产生机械谐振，并因正压电效应而产生电信号；当电场频率和该振元的固有频率一致时，由于逆压电效应而发生机械谐振，振元获得形变振动，在介质中产生交替的压缩与稀疏区，形成超声波输出。常用的探头有柱形单振元探头、机械扇扫探头和电子扫描探头。
柱形单振元探头是各型超声探头的基础，主要用于A型和M型扫查，在经颅多普勒（transcranial doppler，TCD）及胎心监护仪器中也有应用。柱形单振元探头由压电晶体、垫衬吸声材料、匹配层、导线和外壳等部分组成。探头中的压电晶体是单个振元，用于将电脉冲转换成超声频率的机械振动，并接收回波信号，将机械振动转换成电信号。由于超声波向两端发射，在探头的背面需要加用垫衬吸声材料，衰减和吸收压电晶体背向辐射的超声能量，吸声材料一般为环氧树脂加钨粉，或铁氧体粉加橡胶粉配合而成。匹配层又称保护层，一方面将压电材料与人体隔开，既起到保护压电晶体不被磨损的作用，又能保护人体降低电击的可能性；另一方面，由于保护层在振元和人体组织之间，为使超声能量尽可能多地进入人体组织，该层材料的声阻抗和几何尺寸必须满足匹配条件。临床应用时，还需在皮肤上涂上声耦合剂来排除空气，降低体表对超声能量的反射。
单振元探头只能产生一条扫描线，为完成B形显示，B超设备采用自动机械扫描或者电子扫描方式进行一系列的扫描，从而得到纵深剖面图像。机械扫描仅用于扇形扫描，常用摆动法和旋转法：摆动法将单振元探头在一个平面内来回摆动扫描，摆动角度不小于30°，每秒不少于24次。旋转式探头需要三到四个性能一致的振元，每个探头顺序完成一遍扫描，形成一幅图像。由于是单方向旋转，容易做到匀角速扫描，而且其噪声小，寿命长。随着电子技术的进步，机械扇扫探头逐渐被电子相控阵扇扫探头取代。
电子扫描探头采用许多独立的压电振元排成线阵，根据探头的性能和预期用途不同，振元的数量从数百到数万不等。振元是在一定厚度的压电晶体上刻槽制成，各振元按预定顺序和组合发射和接收超声波完成扫描，可以分为线性步控阵列（线阵）扫描和线性相控阵列（相控阵）扫描两种方式。线阵换能器通常是1cm宽，10～15cm长的多振元换能器，在同一时刻，有一组振元同时投入工作，并随时间沿阵列方向顺序逐步轮换投入阵元，实现超声波束的移动扫描，波束由电子开关控制，最终生成矩形图像。线阵探头换能器中由于单个振元尺寸很小，其有效发射面积很小，其波束的扩散角较大，波束能量发散严重，波束指向性差，降低了设备的灵敏度。为此，通常由若干个矩形振元组合成一个振元组，每次发射时阵元内各振元同时激励，等效于加大单个振元的宽度。
相控阵列尺寸较小，各个振元的发射依次延迟固定的时间，会使发射波的波前就与振元阵列之间形成角度 θ ，改变发射延时值，发射角度也将随着改变。通过控制延迟时间，可以在一定的角度范围改变超声波束方向（探头不动）。相控阵扫描时通常将所有振元同时投入发射和接收，可以形成扇形扫描。相控阵扫描方式可以方便地实现超声波的电子聚焦，使超声束在一定深度范围内聚焦，增强超声波的穿透力和回波强度，改善探测灵敏度，提高分辨率。
超声探头性能指标主要有工作频率、频带宽度、灵敏度、分辨率等。工作频率的选择取决于临床诊断的要求，组织衰减大或者探测深度大时，应选取较低的工作频率，反之，则选取较高的工作频率。一般软组织用2～5MHz频率的超声，对甲状腺等小器官宜使用5MHz以上的频率，对于眼球可用10MHz或以上频率。超声仪器都配有多种超声探头，以适用于不同的应用场合。有些超声探头可以在单个探头上发射和接收多种频率超声波，以期适应多种用途。也有的探头采用近场使用较高频率的超声以提高分辨率，远场使用较低的频率以提高探查深度。有探头在发射和接收时使用不同的振元组合，改变孔径来获得近、远场都良好的分辨率。