微波的生物效应主要是其致热效应。在交变电磁场内，组织中大量的极性分子由于取向运动形成介质的位移电流，并伴有摩擦等能量损耗;另一方面体内带电粒子或离子的振动，产生传导电流，并伴有由于介质电阻而产生的能量损耗。这些都使电磁能转化为热能。在高度(功率密度超过100mW/cm²)的辐射条件下，对兔、大鼠和小鼠等常用实验动物，短时间会导致过热而致死。在一般情况下，低于5mW/cm2辐射不引起可测得的体温上升。当应用微波致热效应时，要考虑到微波的内生热作用及组织温度分布的不均匀性，以防止局灶性的热损伤。

(1)微波辐射可以导致眼晶体混浊及白内障形成： 微波辐射引起晶状体温度升高是其导致白内障形成的必要条件。100mW/cm²的入射功率密度为微波一次辐射形成白内障的阈值强度;在间隔时间不长的重复照射下，其阈值强度为80mW/cm²。导致眼晶体损害的波段主要是分米波和厘米波，而毫米波主要引起角膜的损害。

(2)微波对生殖的影响：实验动物受数+mW/cm²微波辐射后，可引起睾丸水肿，生精上皮变性和睾丸纤维化等改变，此时往往伴有明显的温度升高。初期精母细胞对微波辐射的反应最敏感，其次为精子细胞，而精原细胞和成熟精子对微波作用的抵抗力较强。对雌性动物，辐射对生殖影响的研究较少，结果不一。

(3)微波对胚胎形成和发育的影响：一般认为，以接近致死强度的微波辐射孕鼠，可使吸收胎，死胎及露脑和脑过小等畸胎增多;以30mW/cm²左右强度的微波辐射怀孕大鼠，可能导致子代早期发育迟缓，体重和脑重轻于对照组。近年来发现，在较低强度辐射下，也可影响子代脑的发育，出现小脑浦恳野细胞相对减少及其他小鼠皮质发育迟缓的表现。此外可有子代轻度行为改变和脑中乙酰胆碱脂酶下降现象。

(4) 中枢神经系统对微波作用的反应： 实验动物受较长时间微波辐射后，脑电图的快波成分减少，慢波成分增多。动物学习和记忆等行为也可受微波辐射的影响。较高强度的微波辐射将暂时地增加血脑屏障的通透性。受微波辐射的动物，脑细胞的超微结构可能呈现细胞膜和线粒体膜的破裂，线粒体嵴减少甚至消失，胞浆内出现较多的髓样体及粗面内织网脱粒和扩张，甚至出现空泡等现象。微波也具有非热效应，但是研究较少，目前机理尚不清楚。