Magnetni moment atoma je glavna fizička vektorska veličina koja karakterizira magnetska svojstva bilo koje tvari. Izvor nastanka magnetizma, prema klasičnoj elektromagnetskoj teoriji, su mikrostruje koje proizlaze iz kretanja elektrona u orbiti. Magnetski moment je nezamjenjivo svojstvo svih elementarnih čestica, jezgri, atomskih elektronskih omotača i molekula bez iznimke.
Magnetizam, koji je svojstven svim elementarnim česticama, prema kvantnoj mehanici, posljedica je prisutnosti mehaničkog momenta u njima, nazvanog spin (vlastiti mehanički zamah kvantne prirode). Magnetska svojstva atomske jezgre čine spinski momenti sastavnih dijelova jezgre – protona i neutrona. Elektronske ljuske (intraatomske orbite) također imaju magnetski moment, koji je zbroj magnetskih momenata elektrona koji se nalaze na njoj.
Drugim riječima, magnetski momenti elementarnihčestice i atomske orbitale nastaju zbog unutaratomskog kvantnomehaničkog učinka poznatog kao spinski moment. Taj je učinak sličan kutnom momentu rotacije oko vlastite središnje osi. Spin zamah se mjeri u Planckovoj konstanti, temeljnoj konstanti kvantne teorije.
Svi neutroni, elektroni i protoni, od kojih se, zapravo, sastoji atom, prema Plancku, imaju spin jednak ½. U strukturi atoma, elektroni, koji rotiraju oko jezgre, osim spinskog momenta, imaju i orbitalni kutni moment. Jezgra, iako zauzima statičan položaj, također ima kutni moment koji nastaje efektom nuklearnog spina.
Magnetsko polje koje stvara atomski magnetski moment određeno je različitim oblicima ovog kutnog momenta. Najuočljiviji doprinos stvaranju magnetskog polja daje spin efekt. Prema Paulijevom principu, prema kojem dva identična elektrona ne mogu biti istovremeno u istom kvantnom stanju, vezani elektroni se spajaju, dok njihovi spinski momenti poprimaju dijametralno suprotne projekcije. U tom slučaju se smanjuje magnetski moment elektrona, što smanjuje magnetska svojstva cijele strukture. U nekim elementima koji imaju paran broj elektrona, ovaj se moment smanjuje na nulu, a tvari prestaju imati magnetska svojstva. Dakle, magnetski moment pojedinih elementarnih čestica ima izravan utjecaj na magnetske kvalitete cijelog nuklearno-atomskog sustava.
Feromagnetski elementi s neparnim brojem elektrona uvijek će imati magnetizam različit od nule zbog nesparenog elektrona. U takvim elementima susjedne orbitale se preklapaju, a svi momenti spina nesparenih elektrona zauzimaju istu orijentaciju u prostoru, što dovodi do postizanja najnižeg energetskog stanja. Taj se proces naziva interakcija razmjene.
Ovim poravnavanjem magnetskih momenata feromagnetskih atoma nastaje magnetsko polje. A paramagnetski elementi, koji se sastoje od atoma s dezorijentiranim magnetskim momentima, nemaju vlastito magnetsko polje. Ali ako na njih djelujete vanjskim izvorom magnetizma, tada će se magnetski momenti atoma izjednačiti, a ti elementi će također dobiti magnetska svojstva.
