Melk wordt geproduceert in de melkklieren van de koe, de uier. Het hormoon prolactine uit de hersenen stuurt de melkklieren aan melk te produceren. De melkproduktie vindt plaats in de melkblaasjes van de uier waar deze melkvormende cellen de nodige bestanddelen uit het bloed halen wat door de uier stroomt.
Om één liter melk te maken moet er ongeveer 300 tot 400 liter bloed door het de uier stromen. De melk wordt opgeslagen in de melkboezem en de melk verlaat de uier via de spenen (de tepels). De uier van de koe bestaat uit vier van elkaar afgescheiden kwartieren met elk een eigen speen. De koe heeft dus vier spenen, dit in tegenstelling tot het schaap en de geit die twee spenen hebben. Wanneer de melkboezem vol is en de druk te groot wordt zal de melk druppelsgewijs de uier verlaten.
Vroeger werd de koe met de hand gemolken, maar tegenwoordig doet de melkmachine dat machinaal. Een soort klauw met vier tepelhouders (rubberen zuignappen) wordt aan de spenen gehangen. Dit doet de veehouder zelf, of kan tegenwoordig ook volledig automatisch gebeuren door de melkrobot. Door een pulserende vacuümpomp wordt de uier leeggemolken wat lijkt op het zuigen van een kalf. Koeien worden meestal twee, en soms drie keer per dag gemolken en op de top van de lactatie kan een koe meer dan 50 liter melk per dag produceren.