گشتاور مغناطیسی یک اتم کمیت بردار فیزیکی اصلی است که خواص مغناطیسی هر ماده را مشخص می کند. منبع شکل گیری مغناطیس، طبق نظریه کلاسیک الکترومغناطیسی، ریزجریان هایی هستند که از حرکت یک الکترون در مدار به وجود می آیند. گشتاور مغناطیسی یک ویژگی ضروری برای تمام ذرات بنیادی، هسته ها، پوسته های الکترون اتمی و مولکول ها بدون استثنا است.
مغناطیس که در ذرات بنیادی ذاتی است، طبق مکانیک کوانتومی، به دلیل وجود یک گشتاور مکانیکی در آنها است که اسپین نامیده می شود (تکانه مکانیکی خود طبیعت کوانتومی). خواص مغناطیسی هسته اتم از گشتاور اسپین اجزای سازنده هسته - پروتون ها و نوترون ها - تشکیل شده است. پوسته های الکترونیکی (مدارهای درون اتمی) نیز دارای گشتاور مغناطیسی هستند که مجموع گشتاورهای مغناطیسی الکترون های واقع بر روی آن است.
به عبارت دیگر، لحظات مغناطیسی ابتداییذرات و اوربیتال های اتمی به دلیل یک اثر مکانیکی کوانتومی درون اتمی هستند که به عنوان تکانه اسپین شناخته می شود. این اثر شبیه حرکت زاویه ای چرخش حول محور مرکزی خودش است. تکانه اسپین با ثابت پلانک، ثابت بنیادی نظریه کوانتومی اندازه گیری می شود.
همه نوترون‌ها، الکترون‌ها و پروتون‌ها که در واقع اتم از آنها تشکیل شده است، طبق گفته پلانک، اسپینی برابر با ½ دارند. در ساختار یک اتم، الکترون هایی که به دور هسته می چرخند، علاوه بر تکانه اسپین، دارای تکانه زاویه ای مداری نیز هستند. هسته، اگرچه موقعیت ایستا را اشغال می کند، اما حرکت زاویه ای نیز دارد که توسط اثر اسپین هسته ای ایجاد می شود.
میدان مغناطیسی که یک گشتاور مغناطیسی اتمی ایجاد می کند توسط اشکال مختلف این تکانه زاویه ای تعیین می شود. قابل توجه ترین سهم در ایجاد میدان مغناطیسی توسط اثر اسپین انجام می شود. بر اساس اصل پائولی، که بر اساس آن دو الکترون یکسان نمی توانند همزمان در یک حالت کوانتومی باشند، الکترون های مقید با هم ادغام می شوند، در حالی که ممان اسپین آنها برآمدگی های کاملاً متضاد به دست می آورند. در این حالت ممان مغناطیسی الکترون کاهش می یابد که باعث کاهش خواص مغناطیسی کل ساختار می شود. در برخی از عناصر که دارای تعداد زوج الکترون هستند، این گشتاور به صفر کاهش می یابد و مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. بنابراین، گشتاور مغناطیسی تک تک ذرات بنیادی تأثیر مستقیمی بر کیفیت مغناطیسی کل سیستم هسته‌ای-اتمی دارد.
عناصر فرومغناطیسی با تعداد فرد الکترون به دلیل الکترون جفت نشده همیشه مغناطیسی غیر صفر خواهند داشت. در چنین عناصری، اوربیتال‌های همسایه با هم همپوشانی دارند و تمام ممان‌های اسپین الکترون‌های جفت نشده جهت‌گیری یکسانی در فضا دارند که منجر به دستیابی به کمترین حالت انرژی می‌شود. این فرآیند تعامل تبادل نامیده می شود.
با این همسویی گشتاورهای مغناطیسی اتم های فرومغناطیسی، میدان مغناطیسی پدید می آید. و عناصر پارامغناطیس، متشکل از اتم‌هایی با گشتاورهای مغناطیسی نامحسوس، میدان مغناطیسی خاص خود را ندارند. اما اگر با یک منبع خارجی مغناطیس روی آنها عمل کنید، گشتاورهای مغناطیسی اتم ها یکنواخت می شوند و این عناصر نیز خواص مغناطیسی پیدا می کنند.
