细菌是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物的一种凝聚态介质。微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变性，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电场分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细菌机构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，决定细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），是由若干氢键紧密连接而成的卷曲型大分子。足够强的微波可以导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸形，甚至断裂。微波杀菌正是利用了电磁场的热效应和生物效应对生物的破坏作用。因此，微波杀菌温度低于常规方法。一般情况下，常规方法杀菌温度120℃—130℃，时间大约在半小时以上；而微波杀菌温度仅要70度—105度，时间大约90—180秒。
微波杀菌要有三个阶段。第一阶段是迅速升温，达到预定杀菌温度，此段宜用教强的均匀能量密度；第二阶段，是保温过程，使被杀菌物料的温度处于均衡的过程；第三阶段是自然或强制冷却过程。
