Звуколюминесценцией называют свечение в жидкости при акустической кавитации. Световое излучение при звуколюминесценции слабое и становится видимым только при значительном усилении или в полной темноте. Спектр звуколюминесценции непрерывный. Причина свечения - сильное нагревание газа и пара в кавитационном пузырьке, происходящее в результате адиабатического сжатия при его схлопывании: температура внутри пузырька может достигать 10⁴ К, что вызывает термическое возбуждение атомов газа и пара и свечение пузырька.

В настоящее время считается, что нагрев воды происходит следующим образом.
При быстром сжатии кавитационного пузырька, пары воды испытывают процесс, близкий к адиабатическому сжатию. При этом, поскольку радиус пузырька может уменьшиться в десятки раз, вполне возможен нагрев паров воды на порядок, т. е. до нескольких тысяч кельвинов.
Известно, что эффективность нагрева при адиабатическом процессе определяется показателем адиабаты, который в свою очередь, сильно зависит от того, сколько атомный газ мы рассматриваем. Наиболее эффективно нагревание для одноатомных газов, так что даже небольшие примеси инертных газов в воде способны заметно повлиять на эффективность нагрева.
Зависимость яркости звуколюминесценции от температуры воды определяется балансом между парами воды и инертных газов внутри пузырька. При понижении температуры воды летучесть паров инертных газов почти не меняется, в то время как давление насыщенных паров воды резко падает. Это приводит к лучшему нагреву паров при сжатии пузырька.
Ясно, что начальный пузырек имеет не совсем правильную сферическую форму. При схлопывании эти искажения симметрии усиливаются, и в результате не удается всю начальную энергию сфокусировать в точку. Если при однопузырьковой кавитации, когда начальные искажения малы, удаётся уменьшить радиус пузырька на порядок и более, то при многопузырьковой звуколюминесценции начальные искажения не позволяют сильно сжать пузырёк, что и сказывает на конечной температуре.
В случае однопузырьковой сонолюминесценции, на последней стадии коллапса кавитационного пузырька стенки пузырька развивают скорость до 1-1,5 км/сек, что в 3-4 раза превышает скорость звука в газовой смеси внутри пузырька. В результате при сжатии возникает сферическая сходящаяся ударная волна, которая потом, отразившись от центра, проходит через вещество ещё раз. Известно, что ударная волна эффективно нагревает среду: при переходе через фронт ударной волны вещество нагревается в M2 раз, где М — число Маха. Это, по-видимому, приводит к увеличению температуры ещё на порядок и позволяет достичь сотни тысяч кельвинов.

При излучении в жидкость звука с амплитудой звукового давления, превосходящей некоторую пороговую величину, во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя. Поэтому кавитационный порог повышается по мере снижения содержания газа в жидкости, при увеличении гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким гидростатическим давлением и при охлаждении жидкости, а кроме того, при увеличении частоты звука и при сокращении продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей волны. Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (порядка 10^-6 секунды) импульсы давления, способные разрушить даже весьма прочные материалы. Такое разрушение наблюдается на поверхности мощных акустических излучателей, работающих в жидкости. Давление при захлопывании кавитационных пузырьков повышается при снижении частоты звука и при повышении гидростатического давления; оно выше в жидкостях с малым давлением насыщенного пара. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатическим нагревом газа в пузырьках до температуры порядка 10⁴ °С, чем, по-видимому, и вызывается свечение пузырьков при кавитации. Кавитация сопровождается ионизацией газа в пузырьках. Кавитационные пузырьки группируются, образуя кавитационную область сложной и изменчивой формы. Интенсивность кавитации удобно оценивать по разрушению тонкой алюминиевой фольги, в которой кавитирующие пузырьки пробивают отверстия. По количеству и расположению этих отверстий, возникающих за определённое время, можно судить об интенсивности кавитации и конфигурации кавитационной области.

Растворённые в воде реагенты будут присутствовать в плазме во время звуколюминесцентной вспышки. Варьируя параметры эксперимента, можно контролировать концентрацию реагентов, а также температуру и давление в этой сферической «микропробирке». Среди недостатков такой методики можно назвать: довольно ограниченное окно прозрачности воды, что затрудняет наблюдение реакции; невозможность избавиться от присутствия молекул воды и их элементов, в частности от гидроксил-ионов.
Достоинствами методики являются: лёгкость, с которой удаётся создавать высокие температуры реакционной смеси; возможность проводить сверхкороткие по времени эксперименты, на масштабах пикосекунд.

Некоторые экспериментальные группы утверждают, что смогли достичь в сонолюминесцентной вспышке температур порядка миллионов кельвинов, наблюдая при этом продукты термоядерной реакции. Если результаты этих экспериментов подтвердятся, то мы получим настольный термоядерный реактор. Ситуация, однако, остаётся спорной и требует дальнейшего исследования. Подробности см. в статье Ультразвуковой термояд.