โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมเป็นปริมาณเวกเตอร์ทางกายภาพหลักที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารใดๆ แหล่งที่มาของการก่อตัวของสนามแม่เหล็กตามทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกคือกระแสไมโครที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจร โมเมนต์แม่เหล็กเป็นคุณสมบัติที่ขาดไม่ได้ของอนุภาคมูลฐาน นิวเคลียส เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และโมเลกุลทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น
แม่เหล็ก ซึ่งมีอยู่ในอนุภาคมูลฐานทั้งหมด ตามกลศาสตร์ควอนตัม เกิดจากการมีโมเมนต์เชิงกลอยู่ในนั้น เรียกว่า สปิน (โมเมนตัมเชิงกลของธรรมชาติควอนตัม) สมบัติทางแม่เหล็กของนิวเคลียสอะตอมประกอบด้วยโมเมนต์การหมุนของส่วนประกอบต่างๆ ของนิวเคลียส - โปรตอนและนิวตรอน เปลือกอิเล็กทรอนิกส์ (วงโคจรในอะตอม) ยังมีโมเมนต์แม่เหล็ก ซึ่งเป็นผลรวมของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนที่อยู่บนนั้น
กล่าวอีกนัยหนึ่ง โมเมนต์แม่เหล็กของระดับประถมศึกษาอนุภาคและออร์บิทัลของอะตอมเกิดจากกลไกควอนตัมภายในอะตอมที่เรียกว่าโมเมนตัมสปิน เอฟเฟกต์นี้คล้ายกับโมเมนตัมเชิงมุมของการหมุนรอบแกนกลางของมันเอง โมเมนตัมของการหมุนวัดในค่าคงที่ของพลังค์ ค่าคงที่พื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม
นิวตรอน อิเล็กตรอนและโปรตอนทั้งหมด ซึ่งตามจริงแล้วอะตอมประกอบด้วยอะตอมตาม Planck มีสปินเท่ากับ ½ ในโครงสร้างของอะตอม อิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียส นอกเหนือไปจากโมเมนตัมของการหมุนแล้ว ยังมีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรอีกด้วย นิวเคลียสถึงแม้จะอยู่ในตำแหน่งคงที่ แต่ก็มีโมเมนตัมเชิงมุมซึ่งเกิดจากเอฟเฟกต์การหมุนของนิวเคลียร์
สนามแม่เหล็กที่สร้างโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมถูกกำหนดโดยรูปแบบต่างๆ ของโมเมนตัมเชิงมุมนี้ ผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดในการสร้างสนามแม่เหล็กเกิดจากเอฟเฟกต์การหมุน ตามหลักการของ Pauli ซึ่งอิเล็กตรอนที่เหมือนกันสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้ อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้จะผสานเข้าด้วยกัน ในขณะที่โมเมนต์การหมุนของพวกมันได้รับการคาดการณ์ที่ตรงกันข้ามแบบไดอะเมตริก ในกรณีนี้ โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะลดลง ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติทางแม่เหล็กของโครงสร้างทั้งหมดลดลง ในองค์ประกอบบางอย่างที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน ช่วงเวลานี้จะลดลงเหลือศูนย์ และสารต่างๆ จะหยุดมีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ดังนั้น โมเมนต์แม่เหล็กของอนุภาคมูลฐานแต่ละชนิดจึงส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของระบบปรมาณูนิวเคลียร์ทั้งหมด
ธาตุเฟอร์โรแมกเนติกที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นเลขคี่จะมีสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นศูนย์เสมอเนื่องจากอิเลคตรอนที่ไม่มีคู่ ในองค์ประกอบดังกล่าว ออร์บิทัลใกล้เคียงจะทับซ้อนกัน และโมเมนต์การหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ทั้งหมดจะมีทิศทางเดียวกันในอวกาศ ซึ่งนำไปสู่การบรรลุสถานะพลังงานต่ำสุด กระบวนการนี้เรียกว่าปฏิสัมพันธ์แลกเปลี่ยน
ด้วยการจัดตำแหน่งโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมเฟอร์โรแมกเนติก สนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้น และองค์ประกอบพาราแมกเนติกซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีโมเมนต์แม่เหล็กที่สับสนนั้นไม่มีสนามแม่เหล็กของตัวเอง แต่ถ้าคุณกระทำกับพวกมันด้วยแหล่งกำเนิดแม่เหล็กภายนอก โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมก็จะเท่ากัน และองค์ประกอบเหล่านี้ก็จะได้รับคุณสมบัติของแม่เหล็กด้วย