Elektromagnētisko viļņu spektrā mikroviļņi atrodas starp radioviļņiem un infrasarkano starojumu. Priedēklis “mikro” apzīmē nevis viļņa garuma kārtu, bet gan to, ka mikroviļņu garums ir īsāks salīdzinājumā ar radioviļņiem. Starojums mikroviļņu diapazonā ir piemērots objektu pozīcijas un ātruma izsekošanai, bezvadu informācijas pārraidei, bet starojuma absorbcija vielā var izraisīt temperatūras paaugstināšanos. Rezultātā mikroviļņu starojumam ir daudzveidīgs pielietojumu klāsts mūsdienu tehnoloģiju pasaulē.

Par mikroviļņiem sauc elektromagnētisko starojumu viļņu garumu diapazonā starp vienu metru (atbilstošā frekvence: 300 MHz; fotonu enerģija: 1,24·10^-6 eV) un vienu milimetru (300 GHz; 1,24·10^-3 eV). Mikroviļņu aprakstam pārsvarā tiek izmantotas frekvenču mērvienības, bet enerģijas mērvienības izmanto salīdzinoši reti. Mikroviļņu sīkāka klasifikācija nav viennozīmīga, – eksistē vairāki standarti, pēc kuriem mikroviļņus iedala frekvenču joslās. Piemēram, Lielbritānijas Radio sabiedrības (Radio Society of Great Britain, RSGB) standarts atšķirīgu frekvenču diapazonu apzīmēšanai izmanto latīņu alfabēta burtus:

Plaši tiek izmantoti arī Eiropas Savienības (European Union, EU), Ziemeļatlantijas līguma organizācijas (North Atlantic Treaty Organization, NATO) un Amerikas Savienoto Valstu (United States of America, US; EU-NATO-US), Starptautiskās telesakaru savienības (International Telecommunications Union, ITU), Elektrotehnikas un elektronikas inženieru institūta (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) un citi frekvenču standarti.

Līdzīgi citiem elektromagnētiskā starojuma veidiem, arī mikroviļņu izplatīšanās ir atkarīga no starojuma atstarošanās, izkliedes un absorbcijas parādībām. Liela nozīme ir izplatīšanās videi – atmosfēra un tādi materiāli kā, piemēram, stikls un plastmasa ir mikroviļņu caurlaidīgi, bet metāli tos atstaro. Vielās, kurās mikroviļņi ierosina veidojošo atomu svārstības vai rotācijas, starojums tiek absorbēts. Mikroviļņu un vielas mijiedarbības procesi ir atkarīgi no frekvences – piemēram, absorbcija ūdens tvaiku molekulās pastiprinās, palielinoties mikroviļņu frekvencei. Efektīvai mikroviļņu pārraidei ir vēlama tieša redzamība starp avotu un detektoru, kas samazina absorbcijas, izkliedes un atstarošanās efektus.

Elektromagnētiskos viļņus 1888. gadā atklāja vācu fiziķis Heinrihs Rūdolfs Hercs (Heinrich Rudolf Hertz). Piemērotu starojuma avotu trūkuma dēļ līdz 20. gs. 40. gadiem praktiska interese par mikroviļņiem bija ierobežota. Militāro tehnoloģiju progresa rezultātā Otrā pasaules kara laikā tika izstrādāts radars, kas sekmēja turpmākus komerciālus mikroviļņu pielietojumus.

Mikroviļņu starojuma absorbcija, galvenokārt, izraisa termiskus efektus. Mikroviļņu kvantu enerģija nav pietiekoši liela, lai jonizētu molekulas, pārrautu ķīmiskas saites vai radītu dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulu bojājumus. Mikroviļņu absorbcijas rezultātā vielā var tikt pastiprinātas molekulu svārstības, izraisot materiāla uzsilšanu. Lielas absorbētās mikroviļņu dozas īsā laika periodā dzīvos organismos var radīt apdegumus. Iedarbības efekts ir atkarīgs no mikroviļņu jaudas, frekvences un iedarbības zonas, – piemēram, saskaņā ar Latvijas Republikas Ministru kabineta noteikumiem Nr. 637 elektromagnētiskā lauka maksimālā pieļaujamā jaudas blīvuma vērtība, kas noteikta, pamatojoties uz tā radīto ietekmi uz cilvēku veselību, mikroviļņiem 10–300 GHz diapazonā ir 10 W/m². Jāuzsver, ka par starojuma jaudas blīvuma robežvērtības pārsniegšanu nav jāuztraucas, runājot pa mobilo telefonu, lietojot bezvadu internetu vai pareizi ekspluatējot mikroviļņu krāsni.

Lielākas frekvences (jeb īsāka viļņa garuma) dēļ salīdzinājumā ar radiofrekvenču starojumu mikroviļņiem ir priekšrocības lielu datu apjomu pārraidīšanā, kas ir neatņemama komponente mūsdienu informācijas tehnoloģiju pasaulē. Mikroviļņu starojumam ir arī daudz citu pielietojumu rūpniecībā, zinātnē un sadzīvē.

Viens no vēsturiski svarīgiem mikroviļņu pielietojumiem ir radars (abreviatūra no radio detection and ranging, radar). Radara sistēmas darbības pamatā ir starojuma raidīšana un detektēšana pēc tā atstarošanās no objekta. Zinot sākotnējā stara virzienu un izmērot laiku, pēc kura pienāk atstarotais impulss, ir iespējams precīzi noteikt objekta atrašanās vietu. Radaros, kuri nosaka objektu ātrumu, tiek fiksētas Doplera efekta radītas starojuma frekvenču nobīdes pēc atstarošanās no kustīgā objekta virsmas. Pirmie radara pielietojumi bija militāri, taču mūsdienās tos izmanto sauszemes, jūras un gaisa satiksmes kontrolē, automašīnu drošības sensoros, novērošanas sistēmās, meteoroloģisko novērojumu veikšanā, ģeoloģijā un daudzās citās jomās.

Mūsdienu informācijas tehnoloģiju pasaule nav iedomājama bez datu pārraides ar mikroviļņu starojumu. Modificējot elektromagnētiskā viļņa amplitūdu vai frekvenci, tajā var iekodēt informāciju, ko iespējams pārraidīt bez vadu starpniecības. Latvijā publisko mobilo sakaru sistēmu vajadzībām ir iedalītas vairākas frekvenču joslas 450 3600 MHz diapazonā. Bezvadu lokālā tīkla (Local Area Network, LAN) protokolos, piemēram, Bluetooth un IEEE 802.11 standartos, tiek izmantots 2,4 GHz starojums. Mikroviļņus izmanto arī informācijas apmaiņā ar satelītu sistēmām. Kā piemēru var minēt globālo pozicionēšanas sistēmu (global positioning system, GPS), kas darbojas L joslas (1–2 GHz) diapazonā.

Praktiski nozīmīga parādība ir objektu temperatūras paaugstināšana mikroviļņu absorbcijas rezultātā. Viens no nozīmīgiem un plaši zināmiem sadzīves pielietojumiem ir mikroviļņu krāsns. Ierīces magnetrons ģenerē 2,45 GHz mikroviļņus, kas tiek aizvadīti uz pārtikas nodalījumu. Saskarsmē ar ēdienu mikroviļņi mijiedarbojas ar ūdens molekulām, pastiprinot to haotisko kustību, kā rezultātā paaugstinās ēdiena temperatūra. Lai novērstu starojuma izplatīšanos ārpus iekārtas, krāsns sienas ir izgatavotas no metāla un durvis klātas ar mikroviļņus atstarojošu metāla sietu. Karsēšanu ar mikroviļņiem izmanto daudzos industriālos procesos, piemēram, pasterizācijā, sterilizācijā, ķīmiskās reakcijās un citos. Fokusētu augstas frekvences (W joslas) starojumu izmanto arī neletālās ieroču sistēmās, kas paredzētas pūļu izkliedēšanai.

Mikroviļņu starojums tiek izmantots vairākās pētniecības nozarēs un metodēs. Spektroskopija mikroviļņu diapazonā ir piemērota molekulu rotācijas kustības pētījumiem vielai gāzveida stāvoklī, savukārt cietvielās – dielektrisko īpašību raksturošanai. Elektronu paramagnētiskās rezonanses spektroskopijā selektīva mikroviļņu absorbcija vielā tiek pētīta ārēja magnētiskā lauka klātbūtnē, ko plaši izmanto fizikas, ķīmijas un bioloģijas nozaru pētījumos. Astronomijas pētījumos tiek analizēti gan kosmisko avotu radītie mikroviļņi, gan veikti aktīvi mērījumi, izmantojot radara principu.