剖面仪的换能器装在调查船或拖曳体中。在走航过程中，发射器垂直向水底重复发射大功率低频脉冲声波，声波遇到水底及其下面的地层界面时产生反射回波。由于反射界面的深度不同，回波信号到达接收器的时间也不同；而地层介质均匀性的差别大小则决定了回波信号的强弱。接收到的信号经过放大、滤波等处理后送入记录器，在移动的干式记录纸上显现出不同灰度的黑点组成的线条，描绘出地层剖面结构。 浅地层剖面仪的地层探测深度通常为几十米，中层和深层剖面仪分别为几百米和数千米。声波穿透地层的深度受发射器的声源级、工作频率、海底表层的反射系数和散射系数及地层的声吸收系数等因素影响。声源强度相同时，最大探测深度与最高工作频率成反比。一般来说,浅地层剖面仪穿透地层的功率较弱,纵向分辨率则比较高,可达15～30厘米；而深地层剖面仪功率较强,分辨率则较低。增大有效频带宽度能提高地层分辨率。应用非线性声学原理的参量阵剖面仪既可以提高地层分辨率，又可以提高抗干扰能力，但其有效工作频率声波的电声转换功率很低（约0.01%）。20世纪70年代后期研制出一种自动图象识别系统，从接收信号中提取海底沉积物的几个有代表性的特征量，与预先储存的典型相比较，可以有效地识别海底表层沉积物的类型。
声信号发射器有适用于浅地层的压电式、电磁式和适用于深地层的电火花放电式和高压气枪式。为了减小船舶运动和噪声产生的影响，接收器常装在潜于海面下数米的“拖鱼”（一种水下拖曳体）内。进行深海探测时，拖曳体则靠近海底以提高分辨率。
20世纪60年代以后，地层剖面仪广泛应用于
海洋地质调查、港口建设、航道疏浚、海底管线布设以及海上石油平台建设等方面。与钻孔取样相比，利用剖面仪进行地质调查具有操作方便，探测速度快，记录图像连续且经济等优点。