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聲音在空氣中的傳播速度，會和風向上的氣流速度疊加。若超聲波的傳播方向與風向相同，它的速度會加快;反之，若超聲波的傳播方向若與風向相反，它的速度會變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風速函數對應。通過計算即可得到風速和風向。由于聲波在空氣中傳播時，它的速度受溫度的影響很大;風速儀檢測兩個通道上的兩個相反方向，因此溫度對聲波速度產生的影響可以忽略不計。
由于沒有機械轉動部件，不存在機械磨損、阻塞、冰凍等問題，同時也沒有"機械慣性"，可捕捉瞬時的風速變化，不僅可測出常規風速(平均風速) ，也可測得任意方向上的風速分量，尤其可測出風速中的高頻脈動成分。