微波生物效應是指微波作用能改變生物性排列聚合狀態及其運動規律，而且微波場感應的離子流，會影響細胞膜附近的電荷分佈，導致膜的屏障作用受到損傷，影響NA-K泵的功能，產生膜功能障礙，從而干擾或破壞細胞的正常新陳代謝功能，導致細菌生長抑制、停止或 。此外，決定細胞正常生長和穩定遺傳繁殖的 (RNA)和脫氧 (DNA)在微波場力的作用下可導致 鍵鬆弛、斷裂和重組。誘發遺傳基因突變或染色體畸變，從而影響其生物活性的改變，延緩或中斷細胞的穩定遺傳和增殖。微波的生物(非熱)效應在殺菌中起到了常規物理殺菌所沒有的特殊作用。

微波殺菌、保鮮是微波熱效應和生物效應共同作用的結果。微波的熱效應主要起快速升溫殺菌作用，而非熱效應則使用微生物體內蛋白質和生理活性物質發生變異，而喪失活力或 。因此，微波殺菌溫度低於常規方法。常規的方法殺菌溫度要在100度以上，時間要在十幾分鐘至幾十分鐘，而微波殺菌溫度僅在70到90度之間，時間約爲5—10分鍾即可。