Momentul magnetic al unui atom este principala mărime fizică vectorială care caracterizează proprietățile magnetice ale oricărei substanțe. Sursa formării magnetismului, conform teoriei electromagnetice clasice, sunt microcurenții care decurg din mișcarea unui electron pe orbită. Momentul magnetic este o proprietate indispensabilă a tuturor particulelor elementare, nucleelor, învelișurilor de electroni atomici și moleculelor fără excepție.
Magnetismul, care este inerent tuturor particulelor elementare, conform mecanicii cuantice, se datorează prezenței unui moment mecanic în ele, numit spin (propul său impuls mecanic de natură cuantică). Proprietățile magnetice ale nucleului atomic sunt alcătuite din momentele de spin ale părților constitutive ale nucleului - protoni și neutroni. Învelișurile electronice (orbitele intraatomice) au și un moment magnetic, care este suma momentelor magnetice ale electronilor aflați pe el.
Cu alte cuvinte, momentele magnetice ale elementuluiparticulele și orbitalii atomici se datorează unui efect mecanic cuantic intra-atomic cunoscut sub numele de impuls de spin. Acest efect este similar cu momentul unghiular de rotație în jurul propriei axe centrale. Momentul de rotație este măsurat în constanta lui Planck, constanta fundamentală a teoriei cuantice.
Toți neutronii, electronii și protonii, din care, de fapt, este format atomul, conform lui Planck, au un spin egal cu ½. În structura unui atom, electronii, care se rotesc în jurul nucleului, pe lângă impulsul de spin, au și un moment unghiular orbital. Nucleul, deși ocupă o poziție statică, are și un moment unghiular, care este creat de efectul de spin nuclear.
Câmpul magnetic care generează un moment magnetic atomic este determinat de diferitele forme ale acestui moment unghiular. Cea mai vizibilă contribuție la crearea unui câmp magnetic o are efectul de spin. Conform principiului Pauli, conform căruia doi electroni identici nu pot fi simultan în aceeași stare cuantică, electronii legați fuzionează, în timp ce momentele lor de spin capătă proiecții diametral opuse. În acest caz, momentul magnetic al electronului este redus, ceea ce reduce proprietățile magnetice ale întregii structuri. În unele elemente care au un număr par de electroni, acest moment scade la zero, iar substanțele încetează să mai aibă proprietăți magnetice. Astfel, momentul magnetic al particulelor elementare individuale are un impact direct asupra calităților magnetice ale întregului sistem nuclear-atomic.
Elementele ferromagnetice cu un număr impar de electroni vor avea întotdeauna un magnetism diferit de zero din cauza electronului nepereche. În astfel de elemente, orbitalii învecinați se suprapun, iar toate momentele de spin ale electronilor nepereche au aceeași orientare în spațiu, ceea ce duce la atingerea stării de energie cea mai scăzută. Acest proces se numește interacțiune de schimb.
Cu această aliniere a momentelor magnetice ale atomilor feromagnetici, apare un câmp magnetic. Iar elementele paramagnetice, constând din atomi cu momente magnetice dezorientate, nu au propriul câmp magnetic. Dar dacă acționați asupra lor cu o sursă externă de magnetism, atunci momentele magnetice ale atomilor se vor uniformiza, iar aceste elemente vor dobândi și proprietăți magnetice.
