Magnetický moment atomu je hlavní fyzikální vektorová veličina, která charakterizuje magnetické vlastnosti jakékoli látky. Zdrojem vzniku magnetismu jsou podle klasické elektromagnetické teorie mikroproudy vznikající pohybem elektronu po oběžné dráze. Magnetický moment je nepostradatelnou vlastností všech elementárních částic, jader, atomových elektronových obalů a molekul bez výjimky.
Magnetismus, který je podle kvantové mechaniky vlastní všem elementárním částicím, je způsoben přítomností mechanického momentu v nich, nazývaného spin (jeho vlastní mechanická hybnost kvantové povahy). Magnetické vlastnosti atomového jádra jsou tvořeny spinovou hybností jednotlivých částí jádra – protonů a neutronů. Elektronické obaly (vnitroatomové dráhy) mají také magnetický moment, který je součtem magnetických momentů elektronů na něm umístěných.
Jinými slovy, magnetické momenty elementárníchčástice a atomové orbitaly jsou způsobeny intraatomárním kvantově mechanickým efektem známým jako spinová hybnost. Tento efekt je podobný úhlové hybnosti rotace kolem vlastní centrální osy. Spinová hybnost se měří v Planckově konstantě, základní konstantě kvantové teorie.
Všechny neutrony, elektrony a protony, ze kterých se ve skutečnosti atom skládá, mají podle Plancka spin rovný ½. Ve struktuře atomu mají elektrony, rotující kolem jádra, kromě spinové hybnosti také orbitální moment hybnosti. Jádro, i když zaujímá statickou polohu, má také moment hybnosti, který vzniká efektem jaderného spinu.
Magnetické pole, které vytváří atomový magnetický moment, je určeno různými formami tohoto momentu hybnosti. K vytvoření magnetického pole nejvíce přispívá spinový efekt. Podle Pauliho principu, podle kterého dva stejné elektrony nemohou být současně ve stejném kvantovém stavu, vázané elektrony splývají, přičemž jejich spinové momenty nabývají diametrálně opačných průmětů. V tomto případě je magnetický moment elektronu snížen, což snižuje magnetické vlastnosti celé struktury. U některých prvků, které mají sudý počet elektronů, tento moment klesá na nulu a látky přestávají mít magnetické vlastnosti. Magnetický moment jednotlivých elementárních částic má tedy přímý dopad na magnetické kvality celého jaderně-atomového systému.
Ferromagnetické prvky s lichým počtem elektronů budou mít vždy nenulový magnetismus kvůli nespárovanému elektronu. V takových prvcích se sousední orbitaly překrývají a všechny spinové momenty nepárových elektronů mají stejnou orientaci v prostoru, což vede k dosažení nejnižšího energetického stavu. Tento proces se nazývá výměnná interakce.
S tímto vyrovnáním magnetických momentů feromagnetických atomů vzniká magnetické pole. A paramagnetické prvky, skládající se z atomů s dezorientovanými magnetickými momenty, nemají vlastní magnetické pole. Ale pokud na ně působíte externím zdrojem magnetismu, pak se magnetické momenty atomů vyrovnají a tyto prvky také získají magnetické vlastnosti.
