地層剖面顯像的原理係利用聲波在海床下岩層中傳遞時，因介質的不同，其聲波阻抗(acoustic impedance)產生變化，使得部分能量反射回來，經由受波器接收後，再經由轉換器轉換成電子訊號，訊號經由繪圖機畫成影像，或是將電子訊號儲存成數位電子檔案，利用專業的軟體來進行資料處理與剖面繪製展示。
海床底質剖面(Sub-bottom profile,SBP)亦是地層剖面的一種，是由回聲測深儀演變而來，探測儀利用持續不斷的水中聲波源釋放能量，當聲波遇到聲波阻抗(Acoustic Impedance)不連續的介面所產生反射振幅及相位變化資料，由受波器接收，經震波記錄器記錄描繪出剖面影像。儀器所發出的聲波訊號能穿透淺層海床表面達幾十公尺，甚至超過一百公尺，藉由反射聲波的回聲特徵，可以提供海床地貌特徵及表層沉積物特性與地質構造，對於海床構造變化的研究與淺層沉積物的分析，可以提供相當多的訊息。
隨著科技的進步，海床底質剖面探測儀也不斷更新。從海洋研究船成軍以來，船上所使用的海床底質剖面探測儀器可分成兩類，早期使用傳統的底質聲納回聲探測儀，後來則更換成改良後的變頻聲納。以下介紹兩種不同儀器的概況：
傳統底質聲納回聲探測儀：
早期回聲測深儀所使用的聲源大部份是12 kHz的聲波，在1960年代晚期時，發現3.5 kHz的聲波具有較大的穿透深度(20-110m)，能顯示更深的沉積物聲波反射特徵，並且可以清楚解析海底微地形(Damuth, 1980)，因此相關儀器常稱為3.5kHz回聲測深儀。一般的3.5 kHz聲納信號以脈動方式傳送3.5 kHz固定頻率的信號，其信號頻寬較窄(集中在3.5 kHz左右)，在深水環境下以增加脈波長度方式提高信號強度時，但其解析度即受影響。3.5 kHz聲納回聲儀的原理是由回聲儀發出電子脈衝，經由能量轉換器(transducter)轉換成短聲響(short-ping)，頻率為仟赫範圍(一般為3.5 kHz)的聲波。此聲波在海床下岩層及沉積物中傳遞時，由於介質的不同，其聲波阻抗(acoustic impedance)產生變化，使得部份能量反射回來，再經由轉換器轉換成電子訊號，透過檢波放大，最後由繪圖機繪製成回聲紀錄。
變頻聲納回聲探測儀：
變頻聲納回聲探測儀(Chirp Sonar)是一種提供高解析度的海床淺層影像的新技術，它有別於波墨電源(boomer)或者閃電震源(sparker)等儀器，沒有複反射的問題。這種全頻(Full-spectrum)的回聲探測儀的好處是解析度高，在最理想的狀況解析度可以達到一公尺以下；另一個優點是在水深淺的時候，不會有複反射訊號造成的遮蔽效應。變頻聲納回聲探測儀是以變頻的方式傳送電子脈衝，其信號傳送時頻率由低逐漸增高。一般可有2 kHz到4 kHz的頻寬(如從2 kHz到4 kHz或從1 kHz到5 kHz的變頻信號)，而接收到的信號則需與原發射出的信號做互對比(correlation)，以獲得高解析度的海底聲納回聲剖面。在水深較深處，Chirp聲納剖面比3.5 kHz聲納剖面有更深的穿透力與較佳的解析度。