一个超声波探头的壳体内装有两个晶片的超声波探头，称之为双晶超声波探头，又称分割式超声波探头。由两个纵波晶片组合成的双晶超声波探头称为纵波双晶超声波探头，又称双晶直超声波探头。由两个横波晶片组成的双晶超声波探头，称为横波双晶超声波探头，又称双晶斜超声波探头。这两种双晶超声波探头中，双晶直超声波探头的应用较为广泛。

双晶直超声波探头的两个纵波晶片一个用于发射超声，一个用于接收超声。发射压电晶片大都采用发射性能好的锆钛酸铅，接收压电晶片大都采用接收性能好的硫酸锂。区别于单晶超声波探头而言，双晶超声波探头的发射灵敏度和接收灵敏度都更高。

双晶超声波探头的两个晶片之间有一片吸声性强、绝缘性好的隔声层，不仅用于克服发射声束与反射声束的相互干扰和阻塞，而且能使脉冲变窄、分辨率提高、消除发射晶片和延迟块之间的反射杂波进入接收晶片，有效减少杂波。由于双晶超声波探头的发射部分和接收部分都带有延迟块，能使探伤盲区大幅减小，故双晶超声波探头对表面缺陷的探伤十分有利。

超声波探头以及电路在振荡停止后，因为惯性的作用，电路还会工作一段时间，会对电源，接收回路产生一定的影响。但是这个过程，因为控制段已经关闭，所以会越来越弱，这个过程就叫余震。超声波探头阻尼对压电晶片的振动起阻尼作用，一是可使晶片起振后尽快停下来，减少脉冲宽度，提高分辨力；二是吸收晶片向背面发射的超声波，减少始脉冲杂波；三是支撑晶片的安放。