超声波反应器是指有声波参与并在其作用下进行反应的容器或系统，它是实现超声反应的场所，在水处理应用中常见的超声反应器有槽式、探头式、杯式等几种形式。超声反应器通常采用单一频率，也可以使用两种或更多频率组合成复频反应器，效果比单一频率反应器好，但加工比较复杂。
槽式反应器超声换能器紧密贴在反应器外壁或内壁。反应器材料必须具有化学稳定性，避免与槽内处理液发生化学反应；如果换能器贴在外壁，要求有良好的透声性，换能器透过反应器侧壁向反应器内辐射超声波。
探头式反应器是一种很有效的反应器，声强高，而且因为探头直接浸入反应液中发射超声波，所以能量损耗很低。
杯式反应器用化学稳定性好的不锈钢材料制作，在杯的底部紧密粘贴圆片式或夹心式换能器，透过反应器底面向反应器内辐射超声波。
流动型反应器适合工业在线使用。处理液在反应器外可构成回路，换能器的输入功率、液体流速及其温度均可控，缺点是超声探头可能受到腐蚀。