Khi tác động lên thực phẩm, tác nhân vật lý như nhiệt, sóng điện từ (vi ba, tia X) và phóng xạ, sẽ làm đứt một số liên kết mong manh trong các phân tử hữu cơ, gây biến tính phân tử. Nó dẫn đến phân tử giảm hoặc mất khả năng tham gia quá trình sống. Nếu số lượng phân tử đủ nhiều thì tế bào tổn thương hoặc chết, đặc biệt là tổn thương ở phân tử ADN.

Quá trình xào nấu bằng nhiệt làm khối thực phẩm đã nấu chín là biến tính và chết toàn bộ. Ở mức tác động thấp hơn, khi dùng liều chiếu thích hợp (là tích của cường độ và thời gian chiếu) như trong lò vi sóng hay trong buồng chiếu xạ, sao cho chỉ làm biến tính một lượng phân tử nhất định và trải đều ở mọi tế bào trong khối thực phẩm, thì các tế bào này hoặc chết, hoặc tổn thương và trao đổi chất chậm lại. Các vi sinh vật và tác nhân gây bệnh bị tiêu diệt hoặc thui chột. Nhờ đó thực phẩm giữ được trạng thái dinh dưỡng lâu hơn, khi đó biến đổi mô gây ra chủ yếu bởi những men đã sinh ra trước khi chiếu.

Do nhu cầu tiêu diệt cả các tác nhân gây bệnh, nên chiếu xạ thực phẩm sử dụng tia phóng xạ, và đôi khi mới dùng tia X.

Quá trình chiếu xạ không tạo ra thêm các đồng vị phóng xạ trong thực phẩm, nên không gây nguy hiểm về phóng xạ cho người dùng [note 1].