Az atom mágneses momentuma a fő fizikai vektormennyiség, amely bármely anyag mágneses tulajdonságait jellemzi. A mágnesesség kialakulásának forrása a klasszikus elektromágneses elmélet szerint az elektron pályán való mozgásából származó mikroáramok. A mágneses momentum kivétel nélkül minden elemi részecske, atommag, atomi elektronhéj és molekula nélkülözhetetlen tulajdonsága.
A mágnesesség, amely a kvantummechanika szerint minden elemi részecskében rejlik, egy mechanikai nyomaték jelenlétének köszönhető, amelyet spinnek neveznek (saját kvantumtermészetű mechanikai momentuma). Az atommag mágneses tulajdonságait az atommag alkotórészeinek - protonok és neutronok - spinmomentumai alkotják. Az elektronikus héjaknak (atomon belüli pályáknak) is van mágneses momentuma, ami a rajtuk elhelyezkedő elektronok mágneses momentumainak összege.
Más szóval az elemiek mágneses momentumaiA részecskék és az atompályák egy atomon belüli kvantummechanikai hatásnak tulajdoníthatók, amelyet spinmomentumként ismerünk. Ez a hatás hasonló a saját központi tengelye körüli forgási szögimpulzushoz. A spin-momentumot a Planck-állandóban, a kvantumelmélet alapvető állandójában mérjük.
Minden neutronnak, elektronnak és protonnak, amelyekből valójában az atom is áll, Planck szerint, ½ spinnel rendelkezik. Az atom felépítésében az atommag körül forgó elektronoknak a spin impulzusa mellett van egy keringési szögimpulzus is. Az atommag, bár statikus pozíciót foglal el, van egy szögimpulzusa is, amelyet a magspin-effektus hoz létre.
Az atomi mágneses momentumot generáló mágneses mezőt ennek a szögimpulzusnak a különböző formái határozzák meg. A mágneses tér létrehozásához leginkább a spin-effektus járul hozzá. A Pauli-elv szerint, amely szerint két egyforma elektron nem lehet egyidejűleg ugyanabban a kvantumállapotban, a kötött elektronok egyesülnek, míg spinmomentumaik merőben ellentétes vetületeket kapnak. Ebben az esetben az elektron mágneses momentuma csökken, ami csökkenti a teljes szerkezet mágneses tulajdonságait. Egyes elemekben, amelyekben páros számú elektron van, ez a momentum nullára csökken, és az anyagoknak megszűnnek mágneses tulajdonságaik. Így az egyes elemi részecskék mágneses momentuma közvetlen hatással van az egész atommag-rendszer mágneses tulajdonságaira.
A páratlan számú elektront tartalmazó ferromágneses elemek mindig nullától eltérő mágnesességgel rendelkeznek a párosítatlan elektron miatt. Az ilyen elemekben a szomszédos pályák átfedik egymást, és a párosítatlan elektronok minden spinmomentuma azonos térben irányul, ami a legalacsonyabb energiájú állapot elérését eredményezi. Ezt a folyamatot csereinterakciónak nevezik.
A ferromágneses atomok mágneses momentumainak ezzel az összehangolásával mágneses mező keletkezik. A dezorientált mágneses momentumú atomokból álló paramágneses elemeknek nincs saját mágneses terejük. De ha külső mágneses forrással hat rájuk, akkor az atomok mágneses momentumai kiegyenlítődnek, és ezek az elemek is mágneses tulajdonságokat kapnak.
