同時獲得數十個相鄰窄波束的回聲測深系統。測深時，載有多波束測深系統的船，每發射一個聲脈衝，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時獲得與船的航跡相垂直的面內的幾十個水深值。多波束測深系統一般由窄波束回聲測深設備（換能器、測量船搖擺的傳感裝置、收發機等）和回聲處理設備（電腦、數位磁帶機、數位印表機、橫向深度剖面顯示器、即時等深線數位繪圖儀、系統控制鍵盤等）兩大部分組成。
測深系統的換能器基陣，由發射聲信號的發射器和接收收海底反射回聲信號的水聽器組成。發射器發出一個扇形波束，其面垂直於航跡，一般開角為60°～120°，航跡方向的開角約為3°～5°（圖a）。水聽器接收海底回波信號，經延時和相加，形成幾十個相鄰的波束。航跡方向的波束開角一般為10°～30°，垂直於航跡的開角為3°～5°（圖b）。組合發射和接收波束可得到幾十個窄的測深波束（圖c）。換能器基陣可以直接裝在船底或在雙體船上拖曳。為瞭保證測量精度，必須消除船在航行時縱橫搖擺的影響，一般采用伺服機構校正或由計算機處理。
測深系統的回聲處理設備較多。計算機可按預先給定的程序對各種數據和參數在船上實時處理；數字磁帶機按規定的格式記錄時間、導航數據、羅經航向、縱橫搖擺以及各波束測得的水深和相對於船的橫向距離等有關數據，以便後期處理；數字打印機可根據需要對所有記錄數據進行監控；顯示器對系統的模擬輸出進行監視，直觀顯示橫向深度剖面（海底輪廓線圖）；數字繪圖機沿校正過的航跡標繪出等深線圖，實時判讀海底地貌的輪廓。
多波束測深系統同單個寬波束的回聲測深儀相比，具有橫向覆蓋范圍大（為深度的幾倍），波束窄（約為3°～5°），效率高等優點。適用於海上工程施工區和重要航道的較大面積的精確測量，也可以用於精確測定航行障礙物的位置、深度。它能繪出海底三維圖形，消除瞭使用側掃聲吶時判讀的困難。有的系統還可在冰覆蓋區使用。
20世紀60年代初開始，相繼研制瞭幾種類型的多波束測深系統，最大工作深度200～12000米，橫向覆蓋寬度可達深度的3倍以上。多波束測深系統同綜合衛星定位系統配合，由計算機實時處理標繪等深線圖，是70年代末以來海道測量工作的一個突破。