La tecnologia di estrazione/dispersione ad ultrasuoni si basa fondamentalmente sulle estreme forze fisiche generate dall'effetto di cavitazione ad ultrasuoni per separare gli aggregati di grafene e stabilizzarli all'interno di un solvente o matrice specifico. Questo metodo è ampiamente riconosciuto come un mezzo efficace per preparare dispersioni di grafene di alta qualità e a basso difetto.

Quando l'ultrasuono ad alta intensità (tipicamente a frequenze di 20-40 kHz) si propaga attraverso un mezzo liquido, genera cicli alterni di alta e bassa pressione. Durante il ciclo a bassa pressione, i nuclei di gas microscopici all'interno del liquido formano bolle minuscole (bolle di cavitazione). Nel successivo ciclo ad alta pressione, queste bolle di cavitazione subiscono una rapida compressione e crollano in un periodo estremamente breve (dell'ordine dei microsecondi), rilasciando immensa energia. I micro-getti e le onde di urto che ne derivano generano potenti forze di taglio, che agiscono come innumerevoli 'forbici microscopiche' che colpiscono violentamente e esfoliano gli strati di grafite. Questo processo supera efficacemente le forze di van der Waals tra gli strati di grafene, ottenendo sia l'esfoliazione della grafite che la de-agglomerazione degli aggregati di grafene.