在平静的空气中，声波的传播速度被在风方向上的空气流动所改变。如果风向和声波的传播方向相同，就会提高声波的传播速度，反之则会减小声波的速度。在一个固定的测量路径中，在不同的风速和风向上叠加而成的声波传播速度会导致不同的声波传播时间。
风速风向仪的原理是测量超声波脉冲在两个探头之间传播的时间来计算空气移动的速度，也就是风速。
通过电子电路测量时间差和时间之和，可以求出风速。东西、南北、垂直方向各放置两对音响发射器和接收器，则可以分别测量三个方向的风速分量。声波的传播速度与气温有关，测量结果需要温度修正。风速风向仪具有广阔的量程和灵敏度；无需考虑传统仪器固有的启动风速，响应速度快，可测量微风。该测量方法的特点是，整个测量系统没有机械旋转部件，是无惯性的测量，因此能够准确检测自然风中阵风脉动的高频分量。
考虑到测量数据的正确性和代表性，使用风速风向仪需要注意以下几点：
1、为了使仪器的测量结果具有可比性，必须使用统一规定型号的测试仪器。
2、为了提高测量结果的时间代表性，将一定时间内测量的数值平均。
3、为了提高测量结果的过程代表性，考虑到地形和障碍物对风速测量的影响，一般需要设置在宽敞的地方，10m的高处。也就是说，测风器和障碍物的距离必须比障碍物比测风器的高度至少高10倍。
4、必须考虑仪器的机械结构特性和空气动力特性，选择测量风的机器。机械结构上的特性是指准确度、灵敏度、分辨率、启动风速、量程范围等。是指空气动力学特性、衰减比、时间常数、距离常数、惯性等。
