Das Lebensmittel oder die Mahlzeit wird im Mikrowellengerät mit Hilfe elektromagnetischer Schwingungen bzw. Strahlung gegart. Im Gegensatz zum konventionellen Herd wird bei der Mikrowelle die Speise nicht durch Wärmestrahlung oder Konvektion von außen erhitzt, sondern nur die Speise selbst erwärmt sich.
Kochgeschirre aus Kunststoffen, Glas und Glaskeramik werden nicht warm, da sie die Strahlung passieren lassen. Häufig sind keine neuen Anschaffungen notwendig, denn spülmaschinenfeste Gefäße aus Porzellan, Glas, Keramik und Steingut können verwendet werden.
Mikrowellenstrahlen liegen im Frequenzbereich von 500 MHz bis 300 GHz und haben Wellenlängen, die normalerweise in der Fernsehübertragungstechnik und beim Radar verwendet werden. Diese kurzwellige elektromagnetische Strahlung versetzt die in jeder Nahrung zumindest in gewissen Anteilen enthaltenen Wassermoleküle in Schwingung. Durch einen ständigen Wechsel der Feldrichtung werden sie zur Bewegung angeregt; schnellere Molekularbewegung aber bedeutet höhere Temperatur . Anders gesagt, das Wasser absorbiert die Energie der Mikrowellenstrahlen und heizt so das Lebensmittel auf.
Die Mikrowellen werden in einem so genannten Magneton erzeugt. Das Magneton arbeitet mit einer Frequenz von 2.450 MHz, was 2,45 Milliarden Schwingungen in der Sekunde entspricht. Damit liegt die Frequenz der Mikrowellen zwischen den Radiowellen und dem Infrarotbereich. Eine noch höhere Frequenz würde zwar mehr Wärme erzeugen, gleichzeitig wäre aber die Eindringtiefe in das Lebensmittel stark vermindert. Um eine gleichmäßige Verteilung der Strahlung im Garraum zu erreichen, dreht sich vor der Strahlenquelle ein so genannter Wellenrührer.
Da die Mikrowellen in erster Linie auf die Wasserteilchen einwirken, werden Speisen mit hohem Wassergehalt stärker erwärmt als Speisen mit niedrigem Wassergehalt.
Frequenzspektrum
Gleichzeitig sinkt mit zunehmendem Wassergehalt einer Speise die Eindringtiefe der Strahlung. Im Durchschnitt liegt die Eindringtiefe bei maximal 10 Zentimeter. Diese Effekte führen bei unterschiedlich zusammengesetzten Speisen zu Problemen. So können Nahrungsmittel mit hohem Wassergehalt schon heiß und gar sein, während andere nur eine lauwarme Temperatur erreichen. Das Auftauen von tiefgefrorenen Lebensmitteln kann hier zu besonderen Problemen führen, da an den bereits angetauten Stellen die Erwärmung viel rascher vor sich geht als an den noch fest durchgefrorenen Stellen. Es kommt zu so genannten »Hot spots«, also zu einer lokalen Überhitzung, die an der Oberfläche des Nahrungsmittels stattfindet, die inneren Bereiche aber nicht erreicht.
Bei der Erhitzung und vor allem beim Aufwärmen von Speisen besteht die Gefahr, dass Mikroorganismen wie Salmonellen oder Listerien die Erhitzung überstehen. Man sollte daher immer lange genug erhitzen, damit sich die Temperaturunterschiede in der Speise ausgleichen können.
Auch die Form der Lebensmittel und ihrer Behältnisse können zu Überhitzungen führen, da sich die Strahlung an scharfen Ecken und im Inneren von runden Formen konzentrieren kann. Hierdurch können hohe Energien auftreten, die zu Überhitzungen und schließlich beim Verzehr zu Verbrennungen führen können. Ein erwärmtes Babyfläschchen, das äußerlich lauwarm ist, kann innen brühend heiß werden, da die runde Form der Flasche die Strahlung bündelt. Dabei können die Randregionen Wärme an das nicht erhitzte Behältermaterial abgeben und somit gekühlt werden, während innen Siedetemperatur erreicht wird.