ภายในเตาไมโครเวฟจะประกอบไปด้วยขดลวด เพื่อที่จะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่มากกว่า 2450 MHz หรือ 2450 ล้านรอบในหนึ่งวินาที ซึ่งจะทะลุผ่านอาหารไปสั่นพ้องกับ
โมเลกุลของน้ำ ทำให้โมเลกุลของน้ำเกิดการสั่นไหวตามความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือเรียกว่าคลื่นไมโครเวฟ เกิดเป็นความร้อนจนสามารถทำให้อาหารมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนสุกนั่นเอง ซึ่งการสั่นของโมเลกุลอาจจะเทียบได้กับการนำแท่งไม้แห้ง ๆ มาเสียดสีกันจนเกิดเป็นความร้อนและติดไฟ เป็นภูมิปัญญาในการจุดไฟของมนุษย์สมัยโบราณ หรือเมื่อเวลาที่อากาศหนาวแล้วเรานำมือทั้งสองข้างมาถูกันสักพักก็จะเกิดความร้อนทำให้มืออุ่นขึ้นได้ ก็อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่และการสั่นของโมเลกุลเช่นเดียวกัน เพียงแต่ในเตาไมโครเวฟใช้คลื่นที่มีความถี่สูงมาก จึงเกิดพลังงานความร้อนจนอาหารสุกโดยไม่เกิดเปลวไฟ
แต่หลักการทำงานของเตาไมโครเวฟนี้จะแตกต่างจากเตาอบความร้อนทั่วไปที่ใช้ขดลวดแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าให้เป็นพลังงานความร้อนโดยตรงแล้วใช้พัดลมเป่าให้ความร้อนกระจายจนทั่วเตาอบเพื่อให้อาหารสุก ดังนั้น อาหารที่ปรุงจากเตาอบทั้งสองแบบจึงมีความแตกต่างกัน มีข้อดีและข้อเสียกันคนละแบบ นั่นคือ อาหารจากเตาไมโครเวฟจะสุกเร็ว และสุกมาจากข้างในเนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทะลุไปในเนื้อของอาหารได้ลึกกว่า แต่ขณะที่เตาอบไฟฟ้าธรรมดาจะสุกจากข้างนอกเข้าไปข้างในเนื่องจากคลื่นความร้อนจะค่อย ๆ ถูกนำเข้าไปโดยผ่านตัวกลางก่อน ดังนั้น อาหารที่ได้จึงมีความเกรียมที่ผิว เกิดกลิ่นและสีสันที่น่ารับประทาน ปัจจุบันจึงมีเทคโนโลยีที่พัฒนาเตาอบออกมา เพื่อรวมทั้งสองระบบนี้เข้าด้วยกันเพื่อลดข้อเสียของเตาแต่ละประเภทและดึงเอาข้อดีของเตาอบทั้งสองแบบออกมา ทำให้อาหารสุกเร็วขึ้น คงคุณค่าด้านสารอาหาร แต่ยังคงกลิ่นและสัมผัสที่ดีไว้
ทั้งนี้ในการใช้เตาไมโครเวฟยังต้องมีข้อควรระวัง คือ เรื่องของภาชนะที่จะใช้สำหรับบรรจุอาหารและนำเข้าไปอุ่นหรือปรุงในเตาไมโครเวฟจะต้องเป็นภาชนะที่ทนต่อคลื่นไมโครเวฟ เช่น เครื่องแก้วทนความร้อน เครื่องปั้นดินเผา กระดาษเคลือบแวกซ์ เซรามิก ซึ่งแต่ละวัสดุก็มีเวลาในการใช้งานที่แตกต่างกัน ส่วนวัสดุที่ไม่ควรนำมาใช้งานกับเตาไมโครเวฟนั่นคือ ภาชนะโลหะหรือภาชนะอื่น ๆ ที่มีส่วนประกอบของโลหะ พลาสติกเมลามีน ถุงพลาสติกห่ออาหาร ฟอยล์ห่ออาหาร ภาชนะกระเบื้องเคลือบ กล่องโฟม กระดาษ ภาชนะสแตนเลส หรือไข่ทั้งเปลือก เป็นต้น