O objetivo deste estudo foi comparar os efeitos dos processos convencionais de pasteurização (HTST e LTLT) e do ultrassom de alta intensidade (UAI), na estabilização física e microbiológica do leite integral. Os processos de pasteurização HTST e LTLT foram conduzidos usando-se os binômios 72 °C por 15 s e 65 °C por 30 min, respectivamente. Para o UAI foi adotada uma densidade energética de 3 kJ/mL. Após os processos, as amostras de leite foram armazenadas à 5 ± 2 °C por 7 dias. Durante este período foram realizadas contagens de aeróbios mesófilos totais (BHAM) e Lactobacillus, além da análise de diversidade microbiana usando-se o sequenciamento de amplicon. Também foram avaliadas as características físicas (tamanho do glóbulo de gordura, microscopia ótica e cor) e estabilidade cinética. Os tratamento do leite por UAI, pasteurização LTLT e HTST levaram a 2,61 ± 0,09, 4,3 ± 0,2 e 5,5 ± 0,0 ciclos log de redução (UFC/mL) nas contagens de BHAM, respectivamente. Diferentemente dos processos de pasteurização, o processo UAI foi capaz de reduzir o tamanho do glóbulo de gordura, obtendo glóbulos com diâmetro inferior a 1 µm, assim, proporcionando maior estabilidade cinética durante o armazenamento e melhores resultados de coloração. O UAI foi considerado um tratamento não térmico, pois sua temperatura ficou abaixo de 57 °C, sendo considerada uma temperatura limite por não causar efeitos físico-químicos indesejados. Sedo assim, este tratamento foi considerado vantajoso em relação aos de pasteurização, visto que foi um tratamento não térmico, obteve melhores resultados físico-químicos, se manteve estável cineticamente durante todo o armazenamento, além de obter redações logarítmicas satisfatórias para BHAM.