微波的主要特點是它的似光性、穿透性和非電離性。似光性指它與頻率較低的無線電波相比，更能像光線一樣地傳播和集中；穿透性指它與紅外線相比，照射介質時更易深入物質內部；非電離性指它的量子能量還不夠大，與物質相互作用時雖能改變其運動狀態，但還不足以改變物質分子的內部結構或分子間的鍵。微波的應用主要是利用它的這些特點。
微波的最重要的應用是雷達和通信。此外，在工農業生產、科學研究、醫學、生物學以及人民生活等方面都有廣泛的應用。
在工農業生產上的應用主要包括測量和加熱兩個方面。測量屬於弱功率應用，利用微波可以測量包括溫度、濕度、厚度、速度、長度等各種非電量，其特點是測量設備不需要與被測量的對象接觸(非接觸式測量)，特別適宜在生產流水線上連續監測並進行實時自動控制。例如，在鋼鐵工業中用微波測量爐溫、料面深度、鋼板厚度，以及測量並控制吹氧煉鋼中氧槍與鋼水液面之間的距離等。用微波測量鋼板厚度要比用γ射線測量更為優越，其測量精度不受鋼板化學成分的影響，且一般不必采取輻射防護措施。其他應用還有：在石油工業中測定石油的微小含水量；在造紙和紡織業中測量和控制紙張或織物中的水分；在機械鑄造業中測定和控制型砂中的含水量等。專門制造的微波水分儀可用於測量谷物、土壤、木材、煙草、藥品和墻磚等各種介質材料的含水量。利用微波的法拉第效應，可以測量幾十萬伏超高壓輸電線上的電流。微波在工農業生產上的另一類應用──加熱，屬於強功率應用，例如可以產生微波等離子體，在大規模集成電路中刻蝕亞微米級的精細結構和制造光通信所需要的高純度光纖；可使包裝好的食品進行消毒或使冷藏食物解凍；可對高分子化合物進行熱定形；可用於幹燥食品、木材、紙張及電影膠片等塗膜材料等（見微波能應用）。傢庭用微波灶也已得到應用，其性能日趨完善。
微波遙感配合可見光遙感和紅外遙感是探測大地、普查地球資源、測繪地形地物、監視農作物的生長，以及偵察軍事目標等的主要手段。與可見光和紅外遙感相比，微波遙感的特點是能夠全天候工作，但所得圖像的空間分辨率較低（見微波遙感器）。