Uma onda longitudinal é composta de compressões e rarefações. Nas compressões, as moléculas da onda são fortemente comprimidas para formar uma área de alta densidade molecular, enquanto as rarefações têm uma densidade molecular baixa porque as moléculas estão bem separadas.
As ondas longitudinais se movem em uma direção paralela à vibração das moléculas do meio. Se a onda se move da esquerda para a direita, as moléculas também vibram na direção esquerda-direita. Isso faz com que as moléculas em algumas áreas se juntem para formar compressões e as moléculas em outras áreas se espalhem e formem rarefações. Uma série alternada de compressões e rarefações forma a onda longitudinal.