紫外线的定义是波长在10纳米到400纳米之间的电磁辐射。不过在实际应用中，使用的波长一般在100纳米以上。波长在315到409纳米之间的UVA通常可以把皮肤晒黑，波长280到315纳米的UVB可以灼伤皮肤并增加皮肤癌风险，波长在200到280纳米的UVC可以有效地杀灭细菌和病毒，而波长在100到200纳米之间的紫外线会被空气中的氧气吸收，所以只能在真空中或者至少是完全无氧的环境里工作，也就不适合用于现实杀菌了。传统的紫外杀菌选用254纳米的波长。
当紫外线被细菌或者病毒吸收之后，就会破坏DNA，从而使它们失去增殖能力。就杀菌结果而言，跟加热或者用化学物质处理是一样的。但是，紫外线不加热，也就不会破坏营养成分——因为DNA不是食物的营养成分，而人体需要的那些物质分子不会被破坏。此外，也不会破坏食物的自然风味。化学杀菌剂或者防腐剂毕竟引入了新的物质，有时候还会带来一些“异味”。而紫外线所破坏的DNA分子，进入人体本来就要被分解，也不会产生有害物质。所以说，尽管紫外线有致癌能力，用紫外线处理过的食物，却是毫无安全问题的。 任何食品加工手段都会对食品有一定程度的“破坏”。与最常规的加热相比，紫外线处理的破坏要小得多。对于一些希望保持“自然状态”的食物，比如果汁，它就有了很大的优势。
紫外杀菌的能力除了跟波长有关，还取决于食物被辐射到的能量。在选定的254纳米波长下，杀菌效果跟能量强度呈现一个拉伸过的S型。也就是说，在低能量下，杀菌效果很差，这是因为细菌或者病毒跟人体一样，对于DNA损伤有一定的修复能力。在照射能量低的时候，损伤的DNA被及时修复，细菌和病毒就能够继续增殖下去。
当能量高到一定程度，DNA修复系统实在忙不过来了，DNA损伤急剧增加，宏观上表现出来就是细菌或病毒被“杀死”了。超过这个能量强度，每增加一点，灭菌能力都会大大增加。但是增加到一定程度，就进入第二个平台——再继续增高能量，杀菌效果增加得也很少。这个 灭菌效果上的“尾巴”可能是源于一部分微生物对于紫外线攻击很顽强，也可能源于有一部分被处理样品无法被照射到。 因为这个“尾巴”的存在，紫外杀菌难以实现加热或者化学杀菌剂那么彻底的杀灭。通常把降低4个对数值作为“灭菌标准”，也就是还有万分之一的细菌活下来。
而鲜牛奶的巴氏杀菌——在72摄氏度下处理15秒——则通常是降低5个对数值，即最多只有十万分之一的细菌存活。如果是常温奶的超高温灭菌，降低的对数值是12个以上，几乎就没有细菌能够幸存了。 不同的微生物对紫外线的敏感性不同，有的在较低能量强度下就会被大量杀灭，而有的则需要更高能量才行。以降低4个对数值为标准，研究中检测过的细菌有的只需要每平方米几十焦耳的能量，有的则需要每平方米300焦耳以上。
我们并不知道现实的食物中存在哪些细菌，又各有多少，所以总是把最顽强的那个作为目标，顺便把其他的灭了。因此，紫外杀菌所用的能量强度需要在每平方米400焦耳以上。 各种灭菌技术的灭菌效果都会受到食物理化性质的影响。比如加热或者高压灭菌，温度、酸碱度和压力都会有很大影响。而在紫外灭菌中，这些因素就不那么重要。
紫外杀菌的关键是紫外线能够达到细菌，所以穿透性是关键。诸如食品的组成、固体含量、颜色等因素都会影响紫外线的吸收，从而影响它穿透的厚度，也就对杀菌效果有很大的影响。如果食品均一、透明，紫外线的穿透性好，灭菌效果就会好；反之，如果食品浑浊，那么紫外线就会被散射，能量在穿透中降低，灭菌效果就会比较差。
总的来说，紫外线的穿透能力比较差，通常也就能穿透两三厘米的厚度。要让固体食物均匀地以薄层去接收紫外照射，还是一件很有挑战性的事情。这一先天的缺陷大大限制了它的应用范围。
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