微波杀菌是利用电磁波的热效应和生物效应共同作用下的结果。微波热效应是指生物细胞是由水、蛋白质、核酸，碳水化合物，脂肪和列机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质。该介质在强微波场的作用下，温度升高。其空间结构发生变化或破坏，蛋白质变性，影响其溶解度、粘度、膨胀性、稳定性，从而失去生物活性。
微波生物效应是指微波作用能改变生物性排列聚合状态及其运动规律，而且微波场感应的离子流，会影响细胞膜附近的电荷分布，导致膜的屏障作用受到损伤，影响NA-K泵的功能，产生膜功能障碍，从而干扰或破坏细胞的正常新陈代谢功能，导致细菌生长抑制、停止或死亡。此外，决定细胞正常生长和稳定遗传繁殖的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）在微波场力的作用下可导致氢键松弛、断裂和重组。诱发遗传基因突变或染色体畸变，从而影响其生物活性的改变，延缓或中断细胞的稳定遗传和增殖。微波的生物（非热）效应在杀菌中起到了常规物理杀菌所没有的特殊作用。
微波杀菌、保鲜是利用电磁波的热效应和生物效应共同作用下的结果。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用，而非热效应则使用微生物体内蛋白质和生理活性物质发生变异，而丧失活力或死亡。因此，微波杀菌温度低于常规方法。常规的方法杀菌温度要在100度以上，时间要在十几分钟至几十分钟，而微波杀菌温度仅在70到90度之间，时间约为几分钟即可。
