超高温 (UHT) 加工使用 135-150°C 范围内的温度持续 2-5 秒，生产出在环境温度下可稳定保存的商业无菌产品。极端热处理可将嗜热孢子减少 9-12 个对数，同时最大限度地减少导致质量下降的化学反应，例如美拉德褐变和维生素破坏。超高温处理最常应用于牛奶和乳制品饮料，但也适用于果汁、汤、液体蛋制品和植物性替代品。

加热方法分为直接加热法和间接加热法。直接加热涉及将蒸汽注入产品或将产品的蒸汽注入蒸汽室。直接方法可以非常快速地加热和冷却，从而减少热损伤并提高风味质量。间接加热使用板式换热器、管式换热器或刮面换热器。间接方法更节能，更容易控制，但由于高温停留时间稍长，会产生更多的熟味。管式系统优选用于粘性或颗粒产品。

无菌包装是 UHT 技术不可或缺的一部分。将灭菌后的产品冷却并在无菌条件下装入预先灭菌的容器中，然后密封。利乐纸盒是最知名的形式，使用过氧化氢和热量进行包装灭菌。其他系统包括无菌盒中袋、无菌 PET 或 HDPE 瓶以及无菌袋。包装灭菌方法包括H2O2、紫外线照射、电子束和蒸汽。灌装机环境通过无菌空气或氮气超压来维持。

超高温灭菌和巴氏灭菌产品之间的质量差异非常显着。超高温灭菌牛奶会因挥发性硫化合物（H2S、甲硫醇）而产生独特的煮熟或硫氢风味，这种风味在储存过程中会减弱。奶油分离和老化凝胶化将 UHT 牛奶的保质期限制在 6-12 个月。维生素损失略高于巴氏灭菌（硫胺素10%，维生素C20%），但超高温灭菌产品比蒸煮灭菌产品保留更多营养。来自耐冷细菌的耐热蛋白酶和脂肪酶引起的酶促腐败仍然是保质期问题。与巴氏灭菌相比，UHT 处理可实现更大程度的微生物减少，同时与容器内灭菌相比，造成的质量损失更小。与干燥和脱水 相结合，可实现常温保质期稳定的产品。