Trong phương pháp này, bác sĩ sẽ đưa đầu dò của thiết bị chẩn đoán siêu âm vào bụng dưới hoặc là trong âm đạo, để cho đầu dò tiếp xúc trực tiếp với bề mặt tổ chức, quan sát cơ quan sinh dục trong của phụ nữ.
Bên trong đầu dò có một loại tinh thể đặc biệt, nếu có thêm dòng điện giao biến thì nó có thể phóng ra sóng siêu âm cao tần. Do mật độ của các cơ quan, tổ chức không giống nhau, trở kháng thanh do các tổ chức tế bào sinh ra khi gặp sóng siêu âm cũng cũng khác nhau. Khi mức độ chênh lệch trở kháng thanh giữa hai tổ chức đạt tới một mức độ nhất định, sóng siêu âm đi qua sẽ gây nên phản xạ trên bề mặt, thể hiện bằng những điểm sáng có kích thước và độ sáng tối khác nhau. Kiểm tra siêu âm trong y học là lợi dụng nguyên lý nêu trên để quan sát bề mặt nội tạng và các tổ chức bên trong nhằm chẩn đoán vị trí và mức độ, tính chất của bệnh tật.
Trong khi thực hiện siêu âm qua bụng, người bệnh phải uống nước cho đầy bàng quang. Ngược lại, với siêu âm qua âm đạo, bệnh nhân phải tháo rỗng bàng quang trước khi thực hiện.
Siêu âm có thể xác định rõ ràng độ lớn của tử cung, độ dày của nội mạc, độ lớn của buồng trứng, số lượng và đường kính của nang noãn. Liên tục quan sát trong vài ngày trước khi rụng trứng, nếu thấy nang noãn lớn lên dần dần, đường kính đạt khoảng 18 mm thì có thể xem nó đã đạt đến giai đoạn chín. Nếu nang noãn chín đột ngột mất đi hoặc thu nhỏ lại, trong khoang chậu có một lượng nhỏ dịch tích lại, có nghĩa là trứng đã rụng.
Kiểm tra siêu âm khoang chậu cần thiết bị tương đối hiện đại, thao tác của bác sỹ cũng phải được huấn luyện kỹ càng nên chi phí tương đối cao. Tuy nhiên, người bệnh không bị đau và tổn thương, lại có kết quả ngay lập tức. Vì vậy, phương pháp này đã được dùng rộng rãi trên thế giới.