W zmiennym polu elektrycznym o częstotliwości mikrofal, energia fal zwiększa prędkość i energię obrotową dipoli, głównie cząsteczek wody. Obracające się szybciej cząsteczki kolidują z pobliskimi cząsteczkami niebędącymi dipolami przyspieszając ich obroty, wibracje lub inne ruchy bezładne, tj. przekazując im część własnej energii termicznej. Pochłonięta energia (ciepło) będzie stopniowo rozprzestrzeniać się w żywności, podobnie jak przez kontakt z cieplejszym ciałem. Nagrzewanie mikrofalami różni się od nagrzewania przez kontakt tylko tym, że ciepło wydziela się w warstwie powierzchniowej o grubości kilku centymetrów podgrzewanego ciała, a nie na jego powierzchni lub powierzchni naczynia, dzięki temu można szybciej nagrzać potrawę. Energia mikrofal jest na tyle mała, że nie zmieniają one struktury substancji w żywności.
Zjawisko to odkrył przypadkowo amerykański inżynier Percy Spencer podczas badań nad wytwarzaniem fal elektromagnetycznych stosowanych w urządzeniach radarowych (częstość 1–40 GHz). Dzięki temu odkryciu w 1947 wprowadzono na rynek pierwsze kuchenki.