La leche se enfría en la central lechera y se transporta en camiones cisterna refrigerados para su procesamiento. La leche sin refrigerar se agriaría pronto debido a la producción de ácido por parte de los lactobacilos. Incluso si se mantiene refrigerada, la leche cruda se estropea rápidamente debido a la acción de las bacterias psicrófilas (tolerantes al frío). Éstas producen proteinasas y lipasas que descomponen tanto la proteína como la grasa de la leche, causando sabores rancios y amargos y coagulación.

Un tipo inusual de bacteria que puede crecer se llama Alcaligenes viscolactis esta produce hilos pegajosos de exopolisacáridos en la leche llamados ropiness.

La leche pasteurizada producida en plantas modernas e higiénicas se mantendrá durante al menos 10 días en la nevera. Los formadores de esporas o las bacterias tolerantes al calor pueden sobrevivir al tratamiento térmico y la leche también puede contaminarse después del calentamiento por los psicrófilos del entorno de la fábrica. Los efectos del deterioro son los mismos que los de la leche cruda, pero tardan mucho más en desarrollarse, ya que el número inicial de microbios es pequeño. A veces, el deterioro se debe a las enzimas microbianas que pasan por el calentamiento. Una forma de deterioro que se observa a menudo en verano es la «nata agria», en la que las enzimas producidas por el formador de esporas Bacillus cereus provocan la formación de partículas de grasa proteínica.

Hoy en día, pocas personas beben leche entera y prefieren las opciones más bajas en grasa de la leche desnatada o semidesnatada. Curiosamente, éstas se estropean más rápido que la leche entera porque hay etapas adicionales en el proceso de fabricación en las que se extrae la grasa y, en el caso de la semidesnatada, se vuelve a introducir parte de ella, antes de envasar el producto. Esto ofrece más oportunidades de contaminación microbiana.

La leche UHT y la esterilizada no necesitan conservarse en el frigorífico siempre que sus envases se mantengan cerrados. Una vez abierto el envase, los microbios pueden entrar en la leche y ésta debe almacenarse en frío para frenar su crecimiento.