细菌是由水、蛋白质、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚介质，细菌的各种生理活动都必须有水参与才能进行。在一定强度微波场的作用下，食品中的虫类和菌体也会因分子极化，同时吸收微波能升温。由于它们是凝聚态介质，分子间的强作用力加剧了微波能向热能的能态转化。从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两方面的作用，使其空间结构变化或破坏而使其蛋白质变性。蛋白质变性后，其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显变化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用，也是造成细菌死亡原因之一。 微波杀菌、保鲜是微波热效应和非热效应共同作用的结果。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，一般情况下，常规方法杀菌温度要120℃-130℃,时间约1小时，而微波杀菌温度仅要70℃-90℃,时间约90-180秒。
新鲜食品经微波设备处理后使食品中的菌体等微生物丧失活力或死亡，保证食品在一定保存期内含菌量不超过食品卫生法所规定的允许范围，从而延长保质期。
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