Tiefgefroren ist die Muttermilch 6 Monate haltbar. Am besten auftauen lässt sich eingefrorene Muttermilch über Nacht im Kühlschrank, sollte dann jedoch am gleichen Tag verbraucht werden. In der Regel hat frische Muttermilch nur einen sehr schwachen Geruch. Nach zweimonatiger Gefrierlagerung ist jedoch ein metallisch-fischiger Geruch festzustellen mit schweißigen und ranzigen Noten. Die Geruchsnoten fettig, nach Butter und nach Heu intensivieren sich etwas. Diese Veränderungen sind primär in Lipolyse- und Oxidationsprozessen begründet. Dabei spielt die Oxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren (Linolsäure) eine entscheidende Rolle. Als Gegenmaßnahme wurde vorgeschlagen, die Muttermilch sauerstofffrei oder bei noch niedrigeren Temperaturen als −20 °C zu lagern. Derartige Maßnahmen sind jedoch im Privathaushalt kaum realisierbar. Eine kurze Erhitzung der Milch sofort nach dem Abpumpen auf über 82 °C mit nachfolgendem Einfrieren deaktiviert die Lipase. Dabei geht zwar ein Großteil der Immunstoffe verloren, aber die so behandelte Milch gilt trotzdem als besser als die künstliche Säuglingsnahrung.