微波化學反應器利用微波能量對物質進行加熱，其工作原理如下：

微波是一種波長極短的電磁波，具有高頻率。自然界的微波分散不集中，不能作為能源。而微波化學反應器中的磁控管可以將電能轉變為微波，以每秒2450MHz的振蕩頻率穿透介質。當介質具有合適的介電常數和介質耗損時，便會在交變得電磁場中發生高頻振蕩，使能量在介質內部積蓄起來。

對于化學反應而言，微波加熱可同時產生熱效應和非熱效應。微波加熱的特點包括：快速加熱，能以光速在物體中傳播，瞬間將微波能轉換為物質的熱能；快速響應能力，能快速啟動、停止及調整輸出功率；加熱均勻，里外同時進行加熱；選擇性加熱，介質損耗大的，加熱后溫度高，反之亦然；加熱效率高，被加熱物自身發熱，沒有熱傳導過程，周圍的空氣及加熱箱沒有熱損耗；加熱滲透力強，透熱深度可達幾厘米到十幾厘米。

在微波化學反應器中，家用微波爐磁控管的功率輸出通常是基本固定的，較小功率依靠改變電流的通/斷時間來實現。通過微電腦對電流通/斷的嚴格定時控制，選擇相同的工作狀況可以獲得重復的化學反應條件。

不同的物質吸收微波的能力不同，其加熱效果也各不相同，這主要取決于物質的介質損耗。例如，四氟乙烯等非極性材料吸收微波的能力較弱，但在金屬表面會被反射。