Atomin magneettinen momentti on tärkein fysikaalinen vektorisuure, joka luonnehtii minkä tahansa aineen magneettisia ominaisuuksia. Klassisen sähkömagneettisen teorian mukaan magnetismin muodostumisen lähde ovat mikrovirrat, jotka syntyvät elektronin liikkeestä kiertoradalla. Magneettinen momentti on poikkeuksetta kaikkien alkuainehiukkasten, ytimien, atomien elektronikuorten ja molekyylien välttämätön ominaisuus.
Magnetismi, joka on kvanttimekaniikan mukaan luontaista kaikille alkuainehiukkasille, johtuu mekaanisesta momentista, jota kutsutaan spiniksi (sen oma kvanttimekaniikan mekaaninen momentti). Atomiytimen magneettiset ominaisuudet muodostuvat ytimen muodostavien osien - protonien ja neutronien - spin-momenteista. Elektronisilla kuorilla (intraatomisilla kiertoradoilla) on myös magneettinen momentti, joka on niissä olevien elektronien magneettisten momenttien summa.
Toisin sanoen alkeisaineiden magneettiset momentithiukkaset ja atomiorbitaalit johtuvat atomin sisäisestä kvanttimekaanisesta vaikutuksesta, joka tunnetaan spin-momenttina. Tämä vaikutus on samanlainen kuin pyörimiskulmamomentti oman keskiakselinsa ympäri. Spin-liikemäärä mitataan Planckin vakiolla, kvanttiteorian perusvakiolla.
Kaikilla neutroneilla, elektroneilla ja protoneilla, joista itse asiassa atomi koostuu, on Planckin mukaan spin ½. Atomin rakenteessa ytimen ympäri pyörivillä elektroneilla on spin-liikemäärän lisäksi myös kiertoradan kulmamomentti. Vaikka ytimellä on staattinen asema, sillä on myös kulmamomentti, joka syntyy ydinspin-ilmiön vaikutuksesta.
Magneettinen kenttä, joka tuottaa atomimagneettisen momentin, määräytyy tämän kulmamomentin eri muodoista. Huomattavin panos magneettikentän luomiseen on spin-ilmiö. Paulin periaatteen mukaan, jonka mukaan kaksi identtistä elektronia ei voi olla samanaikaisesti samassa kvanttitilassa, sitoutuneet elektronit sulautuvat, kun taas niiden spin-momentti saa diametraalisesti vastakkaiset projektiot. Tässä tapauksessa elektronin magneettinen momentti pienenee, mikä heikentää koko rakenteen magneettisia ominaisuuksia. Joissakin elementeissä, joissa on parillinen määrä elektroneja, tämä momentti pienenee nollaan ja aineilla lakkaa olemaan magneettisia ominaisuuksia. Siten yksittäisten alkuainehiukkasten magneettisella momentilla on suora vaikutus koko ydinatomijärjestelmän magneettisiin ominaisuuksiin.
Ferromagneettisilla elementeillä, joissa on pariton määrä elektroneja, on aina nollasta poikkeava magnetismi parittoman elektronin vuoksi. Tällaisissa elementeissä vierekkäiset kiertoradat menevät päällekkäin ja kaikki parittomien elektronien spinmomentit ottavat saman suunnan avaruudessa, mikä johtaa alimman energian tilan saavuttamiseen. Tätä prosessia kutsutaan vaihtovuorovaikutukseksi.
Tällä ferromagneettisten atomien magneettisten momenttien kohdistuksella syntyy magneettikenttä. Ja paramagneettisilla elementeillä, jotka koostuvat atomeista, joilla on disorientoituneet magneettiset momentit, ei ole omaa magneettikenttää. Mutta jos vaikutat niihin ulkoisella magnetismin lähteellä, atomien magneettiset momentit tasoittuvat ja nämä alkuaineet saavat myös magneettisia ominaisuuksia.
