微波武器的原理主要涉及高功率微波與被照射物之間的分子相互作用，具體來說，當微波照射到物體表面時，被照射材料中的部分分子會隨著電磁波高速震盪，這個過程將電磁能轉變為熱能，從而產生高溫，可能導致材料的燒毀。在人體方面，低強度的微波照射可能引起生理功能紊亂，而高頻率的微波照射可能導致更嚴重的傷害，如燒傷甚至死亡。
高功率微波武器通過高增益天線定向輻射微波，使微波能量聚集在很窄的波束內，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束，以極高的強度照射目標。這種射束可以產生高溫、電離、輻射等綜合效應，在目標內部的電子線路中產生很高的電壓和電流，從而擊穿或燒毀其中的敏感元器件，損毀電腦中存儲的數據，使對方的武器和指揮系統陷於癱瘓，喪失戰鬥力。
微波武器的特點是不需要傳熱過程，能夠迅速使被照射材料中的許多分子運動起來，實現內外同時受熱，從而產生高溫燒毀材料。低功率的微波武器主要用作電子對抗手段或「非殺傷武器」，而高能微波武器則是一種威力極大的大規模毀滅性武器。