Homogeniseren is het proces van meer gelijke deeltjesgrootte te krijgen (of een meer homogeen mengsel) van substanties.
Homogeniseren van melk houdt in dat de vette bestanddelen van melk (melkvet) en de waterige bestanddelen tot een emulsie worden gemengd. Dit wordt bereikt door de melk onder hoge temperatuur en druk door een zeef met zeer kleine gaatjes te persen zodat kleinere vetbolletjes ontstaan. Hoe kleiner de vetbolletjes, hoe langer het duurt voordat de room uiteindelijk toch weer boven komt drijven. Het homogeniseren wordt gecombineerd met de temperatuurbehandeling die de melk ondergaat.
Homogeniseren werd als eerste toegepast bij gesteriliseerde melk. Immers, anders zou in de hals van de fles een roomprop ontstaan. Om dezelfde reden wordt ook gesteriliseerde koffiemelk en gesteriliseerde koffieroom altijd gehomogeniseerd.
Een andere toepassing van homogeniseren is het mengen van innovatieve cocktails en drankjes, zoals whisky. Homogeniseren werkt hier als een soort infusietechniek, waarbij bijvoorbeeld de smaak van planten en kruiden kunnen worden onttrokken en in een vloeistof gemengd.