La increíble facultad de percepción del murciélago se vincula a su sistema de ubicación por resonancia (eco), es decir, se orientan emitiendo sonidos de orientación de alta frecuencia y recibiendo los ecos. De esta forma detectan los objetos que hay a su alrededor, pudiendo percibir una antena que no tenga más de 1 mm de diámetro, insectos del tamaño de un mosquito u objetos tan finos como un pelo humano.
El murciélago produce un sonido con su laringe (esencialmente igual a la humana, pero más grande en relación al tamaño del murciélago) y los modifica con extrañas formaciones en su boca y nariz. Cuando los ecos retornan, alcanzan sus tímpanos que cambian el sonido en vibraciones hacia los huesos del oído interno e informan al cerebro sobre los ecos recibidos.
La frecuencia de los sonidos de orientación emitidos llega a los 50000 y 70000 c.p.s. en presencia de un obstáculo y alrededor de 30000 c.p.s. al aire libre. El murciélago radia sonidos de alta frecuencia para detectar los objetos en su alrededor. La reflexión de esos sonidos, inaudibles para los humanos, le permite trazar un "mapa" de su entorno al analizar en vuelo todos los sonidos que retornan. Esto les permite no sólo navegar en la completa oscuridad de las cuevas y en la luz de baja intensidad dentro del bosque, sino también dirigirse hacia insectos voladores.
Por ejemplo, capta la onda sonora que emite y rebota en una mosca y compara lo emitido con lo recibido. El tiempo que transcurre entre la emisión y la recepción le provee una información precisa sobre la dirección, movimiento, forma o distancia a la que se halla el insecto u otro elemento.
Otra característica asombrosa de este sistema es que el oído de los murciélagos no puede percibir ningún otro sonido más que el propio. El espectro de frecuencias audibles está muy acotado en estas criaturas, cosa que normalmente debería crearles un gran problema debido al efecto Doppler (véase glosario). Es decir, si la fuente de sonido y el receptor están relativamente quietos, el receptor detectará en la misma frecuencia emitida por la fuente. Sin embargo, si uno de los dos se mueve, la frecuencia en que se lo detecta será distinta a la de emisión. En ese caso la frecuencia de la onda reflejada puede caer dentro de las que resultan inaudibles para el murciélago. Por lo tanto podría enfrentar el problema de no oír los ecos del sonido que emitió y que se refleja en la presa en movimiento. Pero esa situación no se le presenta debido a que ajusta la frecuencia de los sonidos que emite hacia objetos en movimiento, como si conociera el efecto Doppler. Por ejemplo, envía el sonido en la frecuencia más alta hacia la presa que se desplaza, de manera que las ondas reflejas no se pierdan en la banda inaudible.
En el cerebro de los murciélagos existen dos tipos de neuronas (células nerviosas) que controlan su sistema de sonar. Uno de ellos ordena a los músculos producir señales de ubicación por eco y el otro percibe el ultrasonido reflejado. Ambas clases de neuronas trabajan perfectamente sincronizadas, por lo que una mínima desviación en las señales reflejas alerta al primer tipo de neuronas y le indica la frecuencia de la señal que esté en sintonía con la frecuencia del eco. De esta manera se modifica el tono del ultrasonido del murciélago para operar en concordancia y lograr una eficiencia máxima.
Existen ciertas neuronas específicas de la orientación espacial, que combinan la duración y la intensidad de las entradas de las señales de los sonidos. Asimismo, es posible identificar mapas de neuronas en la corteza auditiva de los murciélagos, que registran pequeñas variaciones en cada una de las componentes del sonido. El cerebro de los murciélagos utiliza tales mapas neuronales para registrar los cambios a su alrededor. Los humanos podrían usar mapas semejantes para procesar los patrones acústicos básicos del habla, aunque la misma requiere mecanismos adicionales superiores. Los mapas neuronales pueden jugar un papel importante en el reconocimiento de la voz de los humanos, la habilidad de reconocer quién habla y también qué se está diciendo.
un estanque hay un bicho moviendo sus patas periódicamente. Si las ondas se originan en un punto, se moverán desde ese punto en todas direcciones. Como cada perturbación viaja por el mismo medio, todas las ondas viajarán a la misma velocidad y el patrón producido por el movimiento del bicho sería un conjunto de círculos concéntricos como se muestra en la figura. Estos círculos alcanzarán los bordes del estanque a la misma velocidad. Un observador en el punto A (a la izquierda) observaría la llegada de las perturbaciones con la misma frecuencia que otro B (a la derecha). De hecho, la frecuencia a la cual las perturbaciones llegarían al borde sería la misma que la frecuencia a la cual el bicho las produce. Si el bicho produjera, por ejemplo, 2 perturbaciones por segundo, entonces cada observador detectaría 2 perturbaciones por segundo. 
derecha, cada perturbación se origina en una posición más cercana a B y más lejana a A. En consecuencia, cada perturbación deberá recorrer una distancia menor para llegar a B y tardará menos en hacerlo. Por lo tanto, el observador B registrará una frecuencia de llegada de las perturbaciones mayor que la frecuencia a la cual son producidas. Por otro lado, cada perturbación deberá recorrer una distancia mayor para alcanzar el punto A. Por esta razón, el observador A registrará una frecuencia menor. El efecto neto del movimiento del bicho (fuente de las ondas) es que el observador hacia el cual se dirige observe una frecuencia mayor que 2 por segundo y el observador del cual se aleja perciba una frecuencia menor que 2 por segundo.