При нагревании содержание энергии в молоке повышается. Тепловое движение частиц и колебания атомов в молекулах усиливаются. При определенной температуре поглощенная энергия достигает величины энергии активации для разрыва или образования связей. Вследствие этого при нагревании все составные части молока с незначительной энергией связи претерпевают изменения. Например, сывороточные белки, ферменты с высоким содержанием водородных и легко расщепляемых ковалентных связей особенно подвержены изменениям при нагревании. Достаточно сильные изменения при нагревании претерпевает также часть витаминов. Казеины и истинно растворимые компоненты изменяются незначительно.

Сывороточные белки. В зависимости от интенсивности и продолжительности нагревания происходит частичная или полная денатурация белков.  Вследствие разрыва водородных и ковалентных связей с незначительной энергией происходят конформационные изменения – нарушение их вторичной и третичной структуры, в результате чего компактно свернутая молекула превращается в беспорядочный клубок. Развертывание α-спиральных участков молекулы приводит к  высвобождению   функциональных  групп:  сульфгидрильных (-SH), гидроксильных (-ОН), аминогрупп  (-NH₂) и др. Вследствие реакционной способности этих групп денатурированные белки могут взаимодействовать между собой и с казеином. Денатурированный β-лактоглобулин образует комплексы с α-лактальбумином, которые взаимодействуют с κ-казеином. Образование комплексов сывороточных белков с κ-казеином резко меняет поверхностные свойства казеиновых мицелл: усиливает гидратационные свойства, ухудшает способность свертываться под действием сычужного фермента, снижает термоустойчивость казеина.

С высвобождением сульфгидрильных групп при нагревании молока связано появление вкуса кипяченного молока, усиление антиокислительных свойств и понижение окислительно-восстано-вительного потенциала. Основным источником SH-групп является β-лактоглобулин. Денатурация сывороточных белков сопровождается частичной или полной потерей коллоидной растворимости.