Magnetni moment atoma je glavna fizička vektorska veličina koja karakteriše magnetna svojstva bilo koje supstance. Izvor nastanka magnetizma, prema klasičnoj elektromagnetskoj teoriji, su mikrostruje koje nastaju kretanjem elektrona u orbiti. Magnetski moment je neizostavno svojstvo svih elementarnih čestica, jezgara, atomskih elektronskih omotača i molekula bez izuzetka.
Magnetizam, koji je svojstven svim elementarnim česticama, prema kvantnoj mehanici, nastaje zbog prisustva mehaničkog momenta u njima, nazvanog spin (sopstveni mehanički impuls kvantne prirode). Magnetna svojstva atomskog jezgra sastoje se od momenta spina sastavnih dijelova jezgra - protona i neutrona. Elektronske školjke (intraatomske orbite) takođe imaju magnetni moment, koji je zbir magnetnih momenata elektrona koji se nalaze na njoj.
Drugim riječima, magnetni momenti elementarnihčestice i atomske orbitale nastaju zbog intra-atomskog kvantnomehaničkog efekta poznatog kao spin moment. Ovaj efekat je sličan ugaonom momentu rotacije oko sopstvene centralne ose. Spin zamah se mjeri u Planckovoj konstanti, fundamentalnoj konstanti kvantne teorije.
Svi neutroni, elektroni i protoni, od kojih se, u stvari, sastoji atom, prema Plancku, imaju spin jednak ½. U strukturi atoma, elektroni, koji rotiraju oko jezgra, osim spinskog momenta, imaju i orbitalni ugaoni moment. Jezgro, iako zauzima statičan položaj, ima i ugaoni moment, koji nastaje nuklearnim spin efektom.
Magnetno polje koje generiše atomski magnetni moment određeno je različitim oblicima ovog ugaonog momenta. Najprimetniji doprinos stvaranju magnetnog polja daje spin efekat. 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 magnetni moment elektrona, što smanjuje magnetska svojstva cijele strukture. U nekim elementima koji imaju paran broj elektrona, ovaj moment se smanjuje na nulu, a tvari prestaju imati magnetska svojstva. Dakle, magnetni moment pojedinačnih elementarnih čestica ima direktan uticaj na magnetne kvalitete čitavog nuklearno-atomskog sistema.
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. Ovaj proces se zove interakcija razmene.
Sa ovim poravnanjem magnetnih momenata feromagnetnih atoma, nastaje magnetno polje. A paramagnetski elementi, koji se sastoje od atoma sa dezorijentisanim magnetnim momentima, nemaju svoje magnetno polje. Ali ako na njih djelujete vanjskim izvorom magnetizma, tada će se magnetni momenti atoma izjednačiti, a ovi elementi će također dobiti magnetna svojstva.
