Sự đun nóng bằng vi sóng là một tiến trình làm tăng nhiệt độ của vật chất một cách đặc biệt. Tiến trình này không phụ thuộc vào sự dẫn nhiệt của bình chứa và vật chất. Sự tăng nhiệt độ cục bộ tức thời của vật chất là do sự quay lưỡng cực (dipole
rotation) và sự dẫn truyền ion (ionic conduction). Đó là 2 cơ chế cơ sở của sự chuyển động năng lượng từ vi sóng sang vật chất.
Nhiệt sinh ra do sự dẫn truyền ion là kết quả của sự tăng trở kháng của môi trường chống lại sự dịch chuyển của các ion trong trường điện từ.
Còn cơ chế quay lưỡng cực là quá trình đổi hướng của một phân tử phân cực theo chiều của điện trường. Thí dụ tại tần số 2450MHz, điện trường E của vi sóng đổi chiều 4,9.109 lần/s.
Dưới tác động của điện trường, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều điện trường. Do đó, trong điện trường xoay chiều tần số rất cao (MHz) sẽ gây sự xáo trộn ma sát với vận tốc rất lớn giữa các phân tử, đó chính là sự nóng lên của vật chất.
Những hợp chất càng phân cực càng mau nóng dưới sự chiếu xạ của vi sóng. Vi sóng kích hoạt những phân tử phân cực, đặc biệt là nước. Nước bị đun nóng bởi sự hấp thu vi sóng và bốc hơi, tạo ra áp suất cao tại nơi tác dụng, làm cho nước di chuyển từ tâm vật chất ra bề mặt của nó. Nguyên tắc này được ứng dụng trong sự sấy chiếu xạ bằng vi sóng.
Với một cơ cấu có sự bất đối xứng cao, phân tử nước có độ phân cực mạnh, do đó nước là một chất rất lý tưởng, rất dễ đun nóng bằng vi sóng. Ngoài ra, các nhóm định chức phân cực như: -OH, -COOH, -NH2…trong các hợp chất hữu cơ cũng là những nhóm chịu sự tác động mạnh của trường điện từ.