Ultrasonografia wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do tworzenia obrazu (sonogramu). Fale dźwiękowe przechodzą przez pierś i odbijają się lub „odbijają echem” od różnych tkanek, tworząc obraz wewnętrznych struktur piersi. Piersi są poddawane jedynie delikatnemu naciskowi, a ultradźwięki rzadko powodują dyskomfort. Ultradźwięki nie wykorzystują ani nie wytwarzają promieniowania jonizującego. Na skórę piersi nakłada się rozpuszczalny w wodzie żel lub balsam. Trzymane w ręku urządzenie (przetwornik) kieruje fale dźwiękowe na tkankę piersi. Przetwornik jest przesuwany po skórze piersi, tworząc obraz, który można zobaczyć na ekranie komputera. Nowotwory są zwykle widoczne jako masy, które są nieco ciemniejsze niż normalna, jaśniejsza szara tkanka tłuszczowa lub biała (włóknista) tkanka piersi (ryc. 9, 10). Czasami widoczne są zniekształcenia tkanki lub jasne (białe) echogeniczne punkty spowodowane zwapnieniami. Torbiele są okrągłymi lub owalnymi czarnymi woreczkami wypełnionymi płynem i są często widoczne w badaniu ultrasonograficznym; torbiele są normalnym objawem (ryc. 11). Niektóre aparaty ultrasonograficzne umożliwiają również ocenę sztywności tkanek poprzez zastosowanie elastografii; może to być pomocne w określeniu potrzeby biopsji zmian o niskim podejrzeniu, przy czym zmiany miękkie są częściej łagodne, a sztywne – bardziej prawdopodobne złośliwe.