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微波爐這個現代魔術箱能夠快速憑空加熱的秘密，在於微波與水分子的交互作用。微波是波長1~15公分的電磁波，頻率為2.45GHz，即電場方向每秒交替2.45x109次；水分子是由兩個氫原子與一個氧原子組成，氫原子端帶正電，氧原子端帶負電，這種電荷分佈不均勻的分子稱為「極性分子」，會順著周遭電場方向。當水分子遇上了微波，每秒便會跟著轉2.45x109圈，水分子之間會因摩擦而生熱，由於大部份食物中都含有大量水份，食物也因此快速加熱了。相對的，缺乏極性的空氣、玻璃、陶瓷與塑膠等物質，則無法被微波加熱。
照片提供/《科學人》雜誌；水分子受微波震盪示意圖。微波爐的運作頻率為2.45GHz，水分子能有效吸收此波段的微波能量，會隨著此波段微波的電場方向改變而轉向，每秒轉2.45x109圈，產生的摩擦熱能使食物加熱。（電腦繪圖：姚裕評）
傳統爐具的熱能是由食物表面慢慢向內傳遞，微波卻是直接由食物內部的水分子摩擦生熱，所需的時間當然短。不過微波能量也是由外層往中心傳遞，過程中會衰減，因此到達中心的能量仍然較外層略少。微波後裝盛的容器會溫熱，則是食物變熱後再把溫度傳導到碗，與微波無關。
如何使用微波爐才聰明？
既然水分子是微波加熱的秘密，物體內的「含水量」便是微波加熱的關鍵。有些食物如派，微波後內餡燙而外面派皮較涼，是因為派皮含水量低而內餡含水量多。生雞蛋不能直接微波，是因為蛋黃、蛋白的含水量極高，微波後蛋裡的水變成蒸汽，但是蛋殼卻不透氣，使得內部壓力增加，容易爆開而發生意外。有些食物內含水份不多，如饅頭，幾分鐘的微波就能使水份蒸發殆盡，而使食物如木炭般焦黑。適當的方式是先在表面灑點水再微波。
另外，微波可使冰塊融化嗎？答案是不行。因為冰塊是水分子緊密結合在一起的固體，而不自由的水分子並不會隨著電場方向而旋轉。如欲使用微波解凍，也是先在食物表面灑點水，以較低功率設定微波10~20幾秒，然後關掉微波，靜待幾秒鐘後開爐門，將食物翻面，再灑點水，繼續依此方式微波。如此分段微波是利用水的餘熱將冰融化，關門靜置可讓表面微溫的水停留稍久，慢慢融化冰的內部，這樣能夠讓食物不流失水份，又不至於過度解凍反而讓食物表面乾硬脫水。
微波爐的缺點是容易加熱不平均，因為微波在爐內反覆反射，彼此可能互相抵消或加乘，使食物受熱不均。現在的微波爐內通常有轉盤讓食物在上旋轉，盡量讓每部份都均勻受熱，或者同上述方法，分段微波時間，中間自己將食物翻轉。
隨時代進步，微波爐的種類也日益繁多，使用者需依照各廠牌與功率（現在的微波爐設定功率為500~1000瓦）、根據各類食物特性，適當設定使用時間以及調整使用方式，才能讓食物在微波加熱過程中不失風味及營養成份。
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