食品防腐剂通过一系列机制来防止微生物的生长和繁殖。首先，它们能够使微生物的蛋白质发生凝固或变性，这是它们对微生物活动的主要干扰手段，阻止了微生物进行正常的生命活动。
其次，防腐剂作用于微生物的细胞结构，特别是细胞壁和细胞膜。它们能够破坏或损伤细胞壁，干扰其合成过程，导致细胞内部物质外泄，同时影响与细胞膜相关的重要功能，如呼吸链电子传递系统，从而对微生物产生抗性。
此外，防腐剂还能够深入到微生物的遗传层面。它们能够作用于遗传物质或遗传微粒的结构，从而影响遗传物质的复制、转录和蛋白质的合成过程。这种影响直接打乱了微生物的基因表达调控，进一步削弱其生命力。
最后，防腐剂通过抑制微生物体内的酶活性，干扰其正常代谢途径，阻止微生物进行能量获取和物质合成，这是阻止微生物生长和繁殖的又一关键步骤。
食品防腐剂是能防止由微生物引起的腐败变质、延长食品保藏期的食品添加剂。因兼有防止微生物繁殖引起食物中毒的作用，又称抗微生物剂（antimicrobial）。