乳鐵蛋白最早被發現并廣泛研究的生物學功能是它的抑菌能力。乳鐵蛋白具有廣譜的抗革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和真菌的能力，可以有效抑制大腸桿菌、傷寒沙門桿菌、鏈球菌、嗜肺軍團菌、金黃色葡萄球菌的生長。臨床上給予患者乳鐵蛋白口服治療后，減少了胃腸道細菌的感染，但不影響乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長。
通常認為，乳鐵蛋白是通過螯合鐵離子，競爭性地剝奪細菌生長所需要的鐵元素，從而抑制細菌的生長。也有研究表明，乳鐵蛋白能與脂質A結合，促使脂質A從革蘭氏陰性菌的細菌壁上剝離出來，從而導致細菌死亡。乳鐵蛋白的N-末端有一段編碼乳鐵素的序列，而乳鐵素是一種具有天然抗菌活性的抗菌肽。