多普勒流速仪设备向水体发射固定频率超声波，当声波遇到水中悬浮颗粒(如泥沙、气泡)或浮游生物时发生散射，回波信号因颗粒运动产生多普勒频移。通过分析频移量(Δf)与水流速度(v)的线性关系(v=c·Δf/2f₀·cosθ，c为声速，f₀为发射频率，θ为波束角)，可计算三维流速分量。四波束相控阵技术可同步获取垂向多层流速分布，采样间隔0.1米，分辨率达0.01m/s，适用于复杂流态监测。

多普勒流速仪厂家发射和接收的超声波频率差与流速建立关系，超声波发射与接收的时间差与液位建立关系，静压式液位用于需要测量液位量程较大的工况，环境温度测量用于修正超声波实际传播速度。