本发明公开了一种水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，包括：水雾生成装置，用于将废水和空气雾化形成水雾；放电反应装置，用于对水雾生成装置生成的水雾进行放电处理；超声臭氧反应装置，用于收集经过放电处理后形成的液体和臭氧气体，并利用超声和收集的臭氧对所述液体进行处理；高压脉冲电源装置，用于驱动水雾放电装置产生等离子体。本发明还公开了所述水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法。本发明能够实现，可以实现水雾放电的放电参数、水-气混合比、水雾射流速度，以及超声波强化臭氧的臭氧浓度、臭氧流量、超声波参数等物理参数的合理调整，达到最优化参数选择的目的。