Une onde longitudinale est constituée de compressions et de raréfactions. Dans les compressions, les molécules de l'onde sont fortement comprimées pour former une zone de haute densité moléculaire, tandis que les raréfactions ont une faible densité moléculaire car les molécules sont très éloignées les unes des autres.
Les ondes longitudinales se déplacent dans une direction parallèle à la vibration des molécules du milieu. Si l'onde se déplace de gauche à droite, les molécules vibrent également dans le sens gauche-droite. Cela amène les molécules dans certaines zones à se rapprocher pour former des compressions et les molécules dans d'autres zones à s'étaler et à former des raréfactions. Une série alternée de compressions et de raréfactions forme l'onde longitudinale.