介质界面回到第一介质的反射声压与第一介质中的入射声压之比，即声压反射率绝对值有如下关系：
式中：m为Z1/Z2，δ为第二介质（中间介质层）的厚度，λ为超声波在第二介质（中间介质层）的波长。
当第二介质（中间介质层）厚度δ，并且Z1=Z3时，相当于超声波脉冲反射法检测时在被检测材料中遇到有一定厚度的缺陷的情况，则声压反射率有：δ=nλ/2时rp有最小值，δ=(2n+1)λ/4时rp有最大值，这里n为正整数。这意味着缺陷厚度达到δ=(2n+1)λ/4时能获得最大反射而容易被检测出来。
当第二介质（中间介质层）厚度δ，并且当Z1≠Z3时，相当于超声波脉冲反射法检测时对耦合剂层、保护膜厚度要求的情况，则声压反射率有：δ=nλ/2时rp有最大值，δ=(2n+1)λ/4时rp有最小值，这里n为正整数。这意味着耦合剂层或保护膜厚度在δ=(2n+1)λ/4时能有最大的穿透。
声压透射率则有如下关系：
式中：m为Z1/Z2，δ为第二介质（中间介质层）的厚度，λ为超声波在第二介质（中间介质层）的波长。
当第二介质（中间介质层）厚度δ，并且Z1=Z3时，相当于超声波脉冲反射法检测时在被检测材料中遇到有一定厚度的缺陷的情况，则声压透射率有：δ=nλ/2时tp有最大值，δ=(2n+1)λ/4时tp有最小值。这同样意味着缺陷厚度达到δ=(2n+1)λ/4时能获得最大反射而容易被检测出来。
当第二介质（中间介质层）厚度δ，并且当Z1≠Z3时，相当于超声波脉冲反射法检测时对耦合剂层、保护膜厚度要求的情况，则声压透射率有：δ=nλ/2时tp最小；δ=(2n+1)λ/4
时tp最大。这同样意味着耦合剂层或保护膜厚度在δ=(2n+1)λ/4时能有最大的穿透。
上述公式是以连续波为基础推导出来的，超声波检测中应用的主要是脉冲波，涉及的波长是一个复杂的合成量，以实验为基础得到的数据表明，一般在δ/λ＜0.001时绝大多数声能透入工件，δ/λ＞0.001时穿透声能减少，接触法检测时的耦合层和超声波单晶直探头的保护膜厚度应该越薄越有利于超声波的透射。 （5）折射
超声波从第一介质倾斜入射到第二介质，而这两种介质具有不同的声速时，在两种介质之间的界面上，入射声波的一部分进入第二介质但是改变了原来的入射方向，这种现象称为超声波的折射。当第二介质是固体的情况下，在发生折射的同时，还伴有波型转换发生。
超声波从第一介质倾斜入射到第二介质而发生的折射与界面两侧介质的声速比（折射率）和入射、折射角度（正弦函数）相关，即：sinα/C1=sinβ/C2，式中α为入射角，C1为第一介质中入射超声波的速度；β为反射或折射角，C2为在第一介质中反射或者在第二介质中折射超声波的速度。该数学式也称为斯涅尔定律或折射定律，它能反映入射角、反射角、折射角与介质中的声速的关系。
如图1-1-5所示，以纵波L倾斜入射为例，由于在相同介质中相同波型有相同的波速，因此L反的反射角β与L的入射角α相同，在同一介质中横波的速度小于纵波速度，因此反射横波S反的反射角β小于L的
入射角α，折射横波S折的折射角小于折射纵波L折的折射角。
在超声波检测中利用超声波在界面上的折射特性主要用于达到波型转换的目的，例如把一般压电晶体产生的纵波转换成横波、瑞利波、兰姆波等，以适应不同工件及不同情况下的检测。但是在对形状复杂的工件进行超声波检测时，有时也需要注意超声波在被检工件内由于型面反射造成波型转换的现象，避免发生误判。
图1-1-5超声波反射与折射时的波型转换
斯涅尔定律的完整表达式可写为：
sinαL1/cL1=sinβL1/cL1=sinαs1/cs1=sinβs1/cs1=sinθL2/cL2=sinθs2/cs2
式中：αL1-纵波入射角，αs1-横波入射角，βL1-纵波反射角，βs1-横波反射角，θL2-纵波折射角，θs2-横波折射角。
在倾斜入射的情况下，随着入射角的增加，相应一定波型（一定波速）的折射角也随之增大，当达到90°的情况下，该波型的折射波将不能在第二介质中存在，我们把这时的入射角称之为临界角，具体可分为：
第一临界角：αI= arcsin（cL1/cL2），这时折射纵波的折射角达到90°，第二介质中只留下了折射横波。在超声横波检测中，一般要求采用纯横波检测，因此入射角应该大于第一临界角。
第二临界角：αII= arcsin（cL1/cs2），这时折射横波的折射角达到90°，第二介质中已没有折射波存在，但可以在第二介质表层激发出瑞利波，可用于瑞利波检测，即激发瑞利波的入射角大于等于第二临界角：αR= arcsin（cL1/cR）≥arcsin（cL1/cs2）
第三临界角：αIII=arcsin（cs1/ cL1），这是在入射波为横波，倾斜入射到固体/气体界面的情况下发生的，当未达到第三临界角时，有反射横波与反射纵波存在，一旦达到第三临界角，则反射纵波的反射角达到90°，介质中只留下了反射横波。在对形状复杂的工件进行超声横波检测时，有时也需要注意超声波在被检工件内由于型面反射造成波型转换的现象，避免发生误判。
上面各式中：cL1为第一介质纵波声速，cL2为第二介质纵波声速，cs1为第一介质横波声速，cs2为第二介质横波声速，cR为第二介质瑞利波速度（在有机玻璃-钢界面的情况下，通常取αR为67°-72°）。
例：使用带有有机玻璃斜楔（纵波速度2.73x106mm/s）的接触法斜探头检测钢质工件（纵波速度5.85x106mm/s，横波速度3.23x106mm/s），若入射角分别为20°、30°和45°，试求折射纵波与折射横波的折射角。 解：
a.入射角α=20°时，C1/C2=sinα/sinβ，2.73/5.85=sin20°/ sinβ，β=47.13°，说明入射角小于第一临界角，故存在折射纵波与折射横波：纵波折射角β=47.13°，横波折射角：2.73/3.23=sin20°/ sinβ，β=23.87°
b.入射角α=30°时，C1/C2=sinα/sinβ，2.73/5.85=sin30°/ sinβ，β＞90°，入射角大于第一临界角，即不存在折射纵波，横波折射角： 2.73/3.23=sin30°/ sinβ，β=36.27°
c.入射角α=45°时，C1/C2=sinα/sinβ，2.73/5.85=sin45°/ sinβ，β＞90°，入射角大于第一临界角，即不存在折射纵波，横波折射角： 2.73/3.23=sin45°/ sinβ，β=56.78° （6）汇聚与发散
一束声波从第一介质透射进入具有不同声速的第二介质且界面弯曲的情况下，会发生声束汇聚或发散，汇聚的现象称为聚焦，扩散的现象称为发散，汇聚还是发散取决于两种介质的声速差异、界面的弯曲方向，汇聚或发散的程度符合折射
图1-1-6
平行声束在圆弧曲面上透射时的汇聚与发散
定律（以曲面的法线确定入射角和折射角）。
图1-1-6为平行声束在圆弧曲面上透射时的汇聚与发散示意图。
超声波检测用的声透镜聚焦探头就是利用声波透过具有不同声速的第二介质弯曲界面能产生汇聚或发散的现象。 （7）侧壁效应与角偶反射
与超声波的反射特性有关，在被检工件中常会因为工件形状影响而产生一些特殊的反射及波型转换，有可能影响对超声波检测结果的正确判断。这里介绍典型的三种情况。 1 侧壁效应
对于单晶直探头，其声束呈圆锥状，在其外圆周面部分碰到侧面时，将由于侧面的反射以及可能产生波型转换了的反射波（例如横波）与原来声束发生叠加干涉，使得原声束横截面形状变成非轴
对称，最大声压值的连线（即声轴线）发生偏斜甚至弯曲，偏向离开侧面的工件内部。探头越接近侧面，声轴线偏离的程度越大，此即侧壁效应干扰的结果。
侧壁效应对于超声波检测最大的影响是使得靠近侧面的检测灵敏度显著降低，探头越靠近侧面，检测灵敏度越低，以至难以甚至无法检出靠近侧面的缺陷，侧壁效应也影响底面反射波，在侧面附近的底面反射波也会显著降低。
在超声波检测中，为了避免侧壁效应的干扰影响，对于钢而言，在探测缺陷时要求单晶直探头距离侧面的最小距离有：dmin＞3.5(a/f)1/2（mm），式中dmin为单晶直探头距离侧面的最小距离，f为超声波频率，a为预定探测距离（即探头中心轴线上要评定缺陷的埋藏深度）。在判定底面反射波时要求：dmin＞5(a/f)1/2（mm），这里的a为被检工件的厚度。
在有些情况下，侧壁效应对于超声波检测反而是有用的，即在两个相距较近的相对侧面情况下，例如检测螺栓上的周面径向疲劳裂纹，可以用单晶直探头从螺栓端面入射，探头位于螺栓端面的一侧，利用侧壁效应使声轴线弯曲而检测到对面的裂纹，具体实例可参见第四篇第九章4-9-3节的“液压缸紧固螺栓的原位超声波探伤”。 2 纵波的61°反射
如图1-1-8（a）所示，在钢质试件的条件下，如果纵波入射到与入射面成61°的斜面上时，反射横波基本上垂直于斜面对侧壁面再反射回来被接收，而反射纵波则因进入了多次反射状况甚至可能不能返回探头被接收。因此，在超声波仪器上接收到的回波实际上包括一段纵波时间和一段横波时间，由于横波速度低于纵波速度，结果在仪器显示屏上显示的回波位置就不准确了，会被误认为是从较深的位置反射回来的。对于这种回波的判别有个特征，即探头位置左右移动时（按图平面），回波位置不变，即传播时间不变，这是因为长路径的纵波速度快，短路径的横波速度慢，两者可以达到平衡。如图1-1-8
图1-1-7侧壁效应