המומנט המגנטי של אטום הוא כמות הווקטור הפיזיקלית העיקרית המאפיינת את התכונות המגנטיות של כל חומר. מקור היווצרות המגנטיות, לפי התיאוריה האלקטרומגנטית הקלאסית, הם מיקרו-זרמים הנובעים מתנועת אלקטרון במסלול. המומנט המגנטי הוא תכונה הכרחית של כל החלקיקים היסודיים, הגרעינים, קליפות האלקטרונים האטומיים והמולקולות ללא יוצא מן הכלל.
מגנטיות, הטבועה בכל חלקיקי היסוד, על פי מכניקת הקוונטים, נובעת מנוכחות של מומנט מכני בהם, הנקרא ספין (התנע המכני של הטבע הקוונטי שלו). התכונות המגנטיות של גרעין האטום מורכבות ממומנט הספין של החלקים המרכיבים את הגרעין - פרוטונים וניוטרונים. לקליפות אלקטרוניות (מסלולים תוך-אטומיים) יש גם מומנט מגנטי, שהוא סכום המומנטים המגנטיים של האלקטרונים הממוקמים עליו.
במילים אחרות, הרגעים המגנטיים של היסודיחלקיקים ואורביטלים אטומיים נובעים מהשפעה קוונטית תוך-אטומית הידועה בשם ספין מומנטום. אפקט זה דומה למומנטום הזוויתי של הסיבוב סביב הציר המרכזי שלו. מומנטום הספין נמדד בקבוע של פלאנק, הקבוע הבסיסי של תורת הקוונטים.
לכל הנייטרונים, האלקטרונים והפרוטונים, שמהם, למעשה, האטום מורכב, לפי פלאנק, יש ספין השווה ל-½. במבנה של אטום, לאלקטרונים, המסתובבים סביב הגרעין, בנוסף לתנופת הספין, יש גם תנע זוויתי מסלולי. לגרעין, למרות שהוא תופס עמדה סטטית, יש גם תנע זוויתי, שנוצר על ידי אפקט הספין הגרעיני.
השדה המגנטי שיוצר מומנט מגנטי אטומי נקבע על ידי הצורות השונות של התנע הזוויתי הזה. התרומה הבולטת ביותר ליצירת שדה מגנטי נעשית על ידי אפקט הספין. על פי עקרון פאולי, לפיו שני אלקטרונים זהים אינם יכולים להיות באותו מצב קוונטי בו-זמנית, אלקטרונים קשורים מתמזגים, בעוד מומנט הספין שלהם מקבל השלכות הפוכות בתכלית. במקרה זה, המומנט המגנטי של האלקטרון מצטמצם, מה שמפחית את התכונות המגנטיות של המבנה כולו. בחלק מהיסודות שיש להם מספר זוגי של אלקטרונים, הרגע הזה פוחת לאפס, ולחומרים מפסיקים להיות בעלי תכונות מגנטיות. לפיכך, למומנט המגנטי של חלקיקים אלמנטריים בודדים יש השפעה ישירה על האיכויות המגנטיות של המערכת הגרעינית-אטומית כולה.
יסודות פרומגנטיים עם מספר אי-זוגי של אלקטרונים תמיד יהיו בעלי מגנטיות שאינה אפס עקב האלקטרון הבלתי מזווג. באלמנטים כאלה, אורביטלים שכנים חופפים, וכל רגעי הספין של אלקטרונים לא מזווגים מקבלים את אותה כיוון בחלל, מה שמוביל להשגת מצב האנרגיה הנמוך ביותר. תהליך זה נקרא אינטראקציית חליפין.
עם יישור זה של המומנטים המגנטיים של אטומים פרומגנטיים, נוצר שדה מגנטי. ולאלמנטים פרמגנטיים, המורכבים מאטומים עם מומנטים מגנטיים מבולבלים, אין שדה מגנטי משלהם. אבל אם תפעלו עליהם עם מקור חיצוני של מגנטיות, אז המומנטים המגנטיים של האטומים יתאזנו, והיסודות הללו יקבלו גם תכונות מגנטיות.
