微波杀菌是利用热效应和非热效应的双重作用杀菌。热效应杀菌是利用微波作用快速快速升温，使生物细胞空间结构发生变化或破坏，蛋白质变性而达到杀菌，而非热效应则是利用微波作用能改变细胞的生物性排列组合状态及其运动规律，同时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；另外细胞中的RNA和DNA在微波场力作用下可导致氢键的松弛、断裂或重组，诱发基因突变或染色体畸变，从而影响细胞生物活性的改变、延缓或中断细胞的稳定遗传和增殖。
由于微波杀菌是两种效应共同作用的结果，其杀菌温度一般低于传统方法。通常，传统方法杀菌温度要在100℃以上，时间为十几分钟至几十分钟，而微波杀菌温度仅70—90℃，时间一般为3—5分钟。杀菌均匀彻底，营养素和风味保存良好，产品安全可靠，保存期长。
微波干燥——由于微波能够深入到物料内部，使被加热体本身成为发热体，物料的温度梯度和含水率梯度二者方向一致，各部位同时均匀升温，对物料形状无要求，避免了传统加热方法产生由外向内形成的温度梯度导致物料表面硬化或不均匀现象，干燥速度快，时间短，通常只需常规加热方法的1/10—1/100时间就能完成整个加热和干燥过程，因此可以保持食品的色、香、味，减少营养成分的损失。
微波杀菌、保鲜是微波热效应共同作用结果。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用；而非热效应则使微生物体蛋白质和生亘活性物质变异，从而丧失活力或死亡。
传统方法为用高温蒸汽灭菌，需要加温到120℃，保持20分钟以上方能将细菌杀掉。而微波灭菌：
a大肠杆菌和枯草杆菌在微波场中只要加温至70℃，保持2分钟就能被全部杀掉。
b嗜热枯草脂肪杆菌，用传统方法需加温至100℃，保持30分钟，不能被杀掉。在微波场中，温度70℃，保持2分钟，即被杀掉。用户反馈的信息表明，用5千瓦的微波设备进行灭菌，50秒可杀灭细菌，