Хотя все перечисленные выше реакции можно отнести за счет сонолиза, механизм его объяснить не так-то просто. Здесь мы снова сталкиваемся с кавитацией. Одни исследователи полагают, что сонолиз происходит вследствие резкого локального повышения температуры, обусловленного коллапсом кавитационных пузырьков. Другие думают, что основную роль играют высокие локальные давления. Третьи считают, что кавитация сопровождается электрическими разрядами (возникающими из-за разности потенциалов между стенками кавитационной полости), которые порождают люминесценцию и обуславливают фотохимическое расщепление воды.

Одной из наиболее хорошо известных химических реакций, стимулируемых ультразвуковым облучением, является реакция выделения йода из йодистого калия в присутствии четыреххлористого углерода. Предполагают, что она протекает следующим образом: четыреххлористый углерод окисляется перекисью водорода, полученной при сонолизе, в результате выделяется хлор, который и заменяет йод в йодистом калии. Выделившийся йод окрашивает раствор крахмала в голубой цвет, поэтому кавитацию в таком растворе можно наблюдать визуально. Эта реакция обычно используется как индикатор кавитации. Другие химические реакции, чувствительные к воздействию ультразвука, такие, как полимеризация, деполимеризация и т. д., в настоящее время представляют только академический интерес.

Часто в химических процессах ультразвук действует как катализатор. Вещества, участвующие в реакции, с его помощью делают мелкодисперсными, что намного повышает их химическую активность. Если среди продуктов реакции имеется газ, то ультразвук способствует его быстрому выведению из смеси. Ультразвуковое облучение ускоряет многие реакции с участием органических веществ. Среди них, прежде всего, следует назвать реакцию алкилирования парафина при производстве топлива с высоким октановым числом. Ультразвуковой метод приготовления дисперсных металлических катализаторов, таких, как натрий и ртуть, обладает значительными преимуществами перед традиционными механическими методами. Однако в настоящее время он еще не вышел за пределы лабораторий.