在平靜的空氣中，聲波的傳播速度被在風方向上的空氣流動所改變。如果風向和聲波的傳播方向相同，就會提高聲波的傳播速度，反之則會減小聲波的速度。在一個固定的測量路徑中，在不同的風速和風向上疊加而成的聲波傳播速度會導致不同的聲波傳播時間。二維超聲波風傳感器由4個超聲波收發器組成，分為彼此垂直的兩對。當開始測量時，在測量路徑的四個方向上進行8組單的測量，就可以在形成的矩形區域中獲得風速的矢量值和風向的角度。