小型巴氏杀菌设备的工作原理是将混合原料加热至68～70℃，并保持此温度30min以后急速冷却到4-5℃。因为一般细菌的致死点在温度68℃、时间30min以下，所以将混合原料经此法处理后，可杀灭其中的致病性细菌及绝大多数非致病性细菌；混合原料加热后瞬间冷却，急剧的热与冷变化也可以促使细菌的死亡。

　　在一定温度范围内，温度越低，细菌繁殖越慢；温度越高，繁殖越快（一般微生物生长的适宜温度为28℃—37℃）。但温度太高，细菌就会死亡。不同的细菌有不同的最适生长温度和耐热、耐冷能力。巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温度和保温时间处理，将其全部杀灭。但经巴氏消毒后，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，因此巴氏消毒牛奶要在4℃左右的温度下保存，且只能保存3~10天，最多16天。

　　当今使用的巴氏杀菌程序种类繁多。“低温长时间”(LTLT)处理是一个间歇过程，小型巴氏杀菌设备如今只被小型乳品厂用来生产一些奶酪制品。“高温短时间”(HTST)处理是一个“流动”过程，通常在板式热交换器中进行，如今被广泛应用于饮用牛奶的生产。通过该方式获得的产品不是无菌的，即仍含有微生物，且在储存和处理的过程中需要冷藏。