Um eine transösophageale Echokardiographie durchzuführen, wird eine Art Schlauch mit Ultraschallkopf über den Mund bis in die Speiseröhre vorgeschoben. Dies erfolgt im Prinzip wie beim Legen einer Magensonde oder wie bei einer Magenspiegelung. Der Ultraschallkopf wird an die Stelle in der Speiseröhre gebracht, die nah am Herzen liegt. Dort kann das Herz, die Herzklappen und die Aorta sehr gut beurteilt werden.

Beim Ultraschall handelt es sich um Schall, der eine Frequenz besitzt, die höher ist als bei den vom Menschen wahrnehmbaren Tönen. Der Ultraschallkopf sendet die Wellen aus und empfängt sie wieder. Dadurch, dass die Schallwellen von verschieden dichten Geweben unterschiedlich stark zurückgeworfen werden, kann ein Abbild der Strukturen im Körper, also hier des Herzens, erzeugt werden.

Bei der Ultraschalluntersuchung am Herz wird auch immer eine Doppler-Sonographie und eine Duplex-Sonographie vorgenommen. Durch den Doppler-Effekt ändert sich die Frequenz von abgestrahlten Wellen bewegter Objekte, so dass Bewegungen im Herzen (z. B. Herztätigkeit, Klappenbewegungen, Blutfluss) dargestellt werden können. Zusätzlich erzeugt das Gerät ein akustisches Signal, das die Verhältnisse widerspiegelt.