辐射灭菌是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有微波、紫外线(UV)、X射线和γ射线等。它们都能通过特定的方式控制微生物生长或杀死微生物。
 

例如微波可以通过热产生杀死微生物的作用；紫外线使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体，抑制DNA复制与转录等功能，杀死微生物；X射线和γ射线能使其它物质氧化或产生自由基(OH·H)再作用于生物分子，或者直接作用于生物分子，打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式，破坏和改变生物大分子的结构，从而抑制或杀死微生物。

即使可见光在长时间照射后，也能损害微生物或杀死它们，因为所有光合生物含有叶绿素(或细菌叶绿素)、细胞色素、黄素蛋白等光敏感色素，它吸收光能变成激发态或被活化，并将吸收的能量转移到氧，产生氧自由基作用于细胞，导致机体突变或死亡。辐射灭菌的效果受其它因子制约，例如光可使嘧啶二聚体解体，降低紫外线作用效果，氧可提高X射线或γ射线作用效果等。

实行辐射灭菌的装置包括微波炉、紫外光灯、阴极射线管、X射线发生器、放射性核素等。商业上用于大量物品灭菌使用的放射性源是钴-60和铯-137，它们发射出γ射线，相对而言比较廉价。辐射灭菌用途很广，例如医疗器械和用具(如注射器灯)、食品、实验室的许多塑料制品和多种培养基都是用这种方法灭菌。