Um pulso acústico é transmitido pelo transceptor e detectado pelo transponder submarino, que responde com seu próprio pulso acústico. Este pulso de retorno é detectado pelo transceptor de bordo. O tempo a partir da transmissão do pulso acústico inicial até que a resposta seja detectado seja medido pelo sistema USBL e convertido em um intervalo.
Para calcular uma posição submarina, o USBL calcula um intervalo e um ângulo do transceptor para o farol submarino. Os ângulos são medidos pelo transceptor, que contém uma variedade de transdutores. A cabeça do transceptor normalmente contém três ou mais transdutores separados por uma linha de base de 10 cm ou menos. Um método chamado “diferença de fase” dentro dessa matriz de transdutor é usado para calcular a direção para o transponder submarino.
A presença de ruído ambiental reduz a precisão do posicionamento USBL. A combinação de filtragem Kalman com uma matriz de elementos foi usada para filtrar os sinais e melhorar a precisão, usando a regra de erro médio mínimo quadrado.
Os USBLs são usados em configurações "Inverted" (IUSBL), com o transceptor montado em um veículo subaquático autônomo e o transponder no navio/costa que o lança. Nesse caso, o processamento "topside" ocorre dentro do veículo para permitir que ele localize o transponder para aplicações como encaixe automático e rastreamento de destino.