Milch wird in der Molkerei gekühlt und in gekühlten Tankwagen zur Verarbeitung transportiert. Ungekühlte Milch würde durch die Säureproduktion der Laktobazillen schnell sauer werden. Selbst wenn sie gekühlt aufbewahrt wird, verdirbt Rohmilch durch die Wirkung psychrophiler (kältetoleranter) Bakterien schnell. Diese produzieren Proteinasen und Lipasen, die sowohl das Eiweiß als auch das Fett in der Milch abbauen, was zu einem ranzigen und bitteren Geschmack und zur Gerinnung führt.

Eine ungewöhnliche Art von Bakterien, die wachsen kann, heißt Alcaligenes viscolactis, die klebrige Fäden aus Exopolysaccharid in der Milch produziert, die als „Ropeiness“ bezeichnet werden.

Pasteurisierte Milch, die in modernen, hygienischen Anlagen hergestellt wird, hält sich im Kühlschrank mindestens 10 Tage. Sporenbildner oder hitzetolerante Bakterien können die Hitzebehandlung überleben, und die Milch kann auch nach dem Erhitzen durch Psychophile in der Fabrikumgebung kontaminiert werden. Die Auswirkungen des Verderbs sind die gleichen wie bei Rohmilch, doch dauert es viel länger, bis sie sich entwickeln, da die anfängliche Zahl der Mikroben gering ist. Manchmal ist der Verderb auf mikrobielle Enzyme zurückzuführen, die durch die Erhitzung gelangen. Eine Form des Verderbs, die im Sommer häufig zu beobachten ist, ist „Bitty Cream“, bei der Enzyme, die vom Sporenbildner Bacillus cereus produziert werden, die Bildung eiweißhaltiger Fettpartikel verursachen.

Heutzutage trinken nur wenige Menschen Vollmilch, sie bevorzugen die fettärmere Variante der entrahmten oder teilentrahmten Milch. Interessanterweise verdirbt diese Milch schneller als Vollmilch, weil im Herstellungsprozess zusätzliche Stufen vorgesehen sind, in denen das Fett entfernt und im Falle von teilentrahmter Milch auch wieder hinzugefügt wird, bevor das Produkt verpackt wird. Dies bietet mehr Möglichkeiten für eine mikrobielle Verunreinigung.

UHT-Milch und sterilisierte Milch müssen nicht im Kühlschrank aufbewahrt werden, solange ihre Behältnisse verschlossen bleiben. Nach dem Öffnen des Behälters können Mikroben in die Milch gelangen, und sie muss gekühlt gelagert werden, um ihr Wachstum zu verlangsamen.