杀菌和灭菌的目的是杀死乳中对人体健康有害的细菌，使牛乳成为安全的食品，长期保存，以保障消费者的健康。
目前，在乳品生产中，一般采用加热方法进行牛乳的杀菌和灭菌。牛乳通过加热，将其中的致病菌和有害菌全部杀死，但并非杀死全部微生物，称杀菌；而杀死全部微生物时，称灭菌。
乳品厂中常用的杀菌和灭菌的方法有以下三种：
（1）低温长时间杀菌法（保温式杀菌法）。这是一种传统的杀菌方法，杀菌条件为62℃～65℃，保持30分钟或者72℃～75℃，保持10～15分钟。此法杀菌的设备简单，只需保温消毒缸即可。杀菌操作为分批间歇式，缺点是乳中残留菌数偏高，杀菌时间较长。一般小型乳品厂可采用这种方法。
（2）高温短时间杀菌法。杀菌条件为72℃～75℃，保持15～16秒钟或80℃～85℃，保持10～15秒钟。一般采用板式杀菌装置连续进行杀菌，它是一种高效的杀菌设备，适用于较大规模的乳品加工厂使用。全套杀菌设备包括：片式热交换器、平衡槽、乳泵和温度自动控制器及自动记录仪表等装置，有的还配有均质机和标准化机。该法的主要优点是效率高，可以对大量牛乳连续杀菌。
经过上述两种方法加热杀菌后，一般可杀死乳中的97%～99％的细菌，但在消毒乳中还残留少数耐热性强的细菌。
（3）超高温瞬时灭菌法。灭菌条件为135℃~150℃，只需保持数秒钟即可。用此法可杀死乳中的全部微生物。此外，把牛乳加热至55℃～65℃，经过均质后分装于带密封盖的瓶或马口铁罐中，再经115℃～120℃，保持7～15分钟，然后冷却至室温，也可达到灭菌目的。经这样处理的牛乳一般称灭菌乳，在室温下可贮存数日不会变质。