Un'onda longitudinale è costituita da compressioni e rarefazioni. Nelle compressioni, le molecole dell'onda sono strettamente compresse per formare un'area ad alta densità molecolare, mentre le rarefazioni hanno una bassa densità molecolare perché le molecole sono distanti tra loro.
Le onde longitudinali si muovono in una direzione parallela alla vibrazione delle molecole del mezzo. Se l'onda si muove da sinistra a destra, anche le molecole vibrano nella direzione sinistra-destra. Questo fa sì che le molecole in alcune aree si avvicinino per formare compressioni e le molecole in altre aree si espandano e formino rarefazioni. Una serie alternata di compressioni e rarefazioni forma l'onda longitudinale.