電磁學裏的磁性物質、電流、含時電場，都會產生磁場，處於磁場中的磁性物質或電流，會因為磁場的作用而感受到磁力，而顯示出磁場的存在。磁場是一種向量場，磁場在空間裡的任意位置都具有方向和大小。磁鐵與磁鐵之間，通過各自產生的磁場，互相施加作用力和力矩於對方。運動中的電荷會產生磁場。磁性物質產生的磁場可以用電荷運動模型來解釋：當施加外磁場於物質時，磁性物質的內部會被磁化，會出現很多微小的磁偶極子，磁化強度估量物質被磁化的程度。知道磁性物質的磁化強度，就可以計算出磁性物質本身產生的磁場，創建磁場需要輸入能量。當磁場被湮滅時，這能量可以再回收利用，因此這能量被視為儲存於磁場。
電場是由電荷產生的，電場與磁場有密切的關係，含時磁場會生成電場，含時電場會生成磁場。馬克士威方程組可以描述電場、磁場、產生這些向量場的電流和電荷，這些物理量之間的詳細關係，根據狹義相對論，電場和磁場是電磁場的兩面。在量子力學裏，科學家認為，純磁場（和純電場）是虛光子所造成的效應，以標準模型的術語來表達，光子是所有電磁作用的顯現所依賴的媒介。在古今社會裡，很多對世界文明有重大貢獻的發明，都涉及到磁場的概念，地球能夠產生自己的磁場，這在導航方面非常重要，因為羅盤磁針的指北極準確地指向位置，在地球的地理北極附近的地磁北極。
電動機和發電機的運作，都依賴因磁鐵轉動而隨著時間改變的磁場，通過霍爾效應，可以給出物質的帶電粒子的性質。雖然早先人類就已知道磁鐵和其奧妙的磁性，最早出現的有法國學者皮埃·德馬立克（Pierre de Maricourt）於西元1269 年寫成德馬立克仔細標明瞭鐵針在塊型磁鐵附近各個位置的定向，他描繪出很多條磁場線。他發現這些磁場線相會於磁鐵的相反兩端位置，就好像地球的經線相會於南極與北極，他稱這兩位置為磁極。三個世紀後，威廉·吉爾伯特表明地球本身就是一個大磁鐵，其兩個磁極分別位於南極與北極，開創磁學為一門正統科學學術領域。
1824年西莫恩·帕松發展出一種物理模型，比較能夠描述磁場，帕松認為磁性是由磁荷產生的同類磁荷相排斥而異類磁荷相吸引。他的模型完全類比現代靜電模型，磁荷產生磁場，就如同電荷產生電場一般。這理論甚至能夠正確地預測儲存於磁場的能量。儘管帕松模型有其成功之處，這模型也有兩點嚴峻瑕疵。第一，磁荷並不存在。將磁鐵切為兩半，並不會造成兩個分離的磁極，所得到的兩個分離的磁鐵，每一個都有自己的指南極和指北極。第二，這模型不能解釋電場與磁場之間的奇異關係。
後來一系列的革命性發現，促使開啟了現代磁學理論。首先丹麥物理學家漢斯·奧斯特發現載流導線的電流會在其四周產生磁場。然後在這新聞抵達法國科學院僅僅一周之後，安德列-瑪麗·安培成功地做實驗示範，假若所載電流的方向相同，則兩條平行的載流導線會互相吸引，否則假若方向相反，則會互相排斥。緊接著法國物理學家讓-巴蒂斯特·必歐和菲利克斯·沙伐也共同發表了必歐-沙伐定律，這定律能夠正確地計算出在載流導線四周的磁場。1825年安培又發表了安培定律，這定律也能夠描述載流導線產生的磁場，幫助建立整個電磁理論的基礎。於1831年，麥可·法拉第證實，隨著時間演進而變化的磁場會生成電場。這實驗結果展示出電與磁之間更密切的關係。
從1861年到1865之間，詹姆斯·馬克士威將經典電學和磁學雜亂無章的方程式加以整合，發展成功馬克士威方程組。最先發表於他的1861年論文《論物理力線》，這方程組能夠解釋經典電學和磁學的各種現象。在論文裡，他提出了「分子渦流模型」，並成功地將安培定律加以延伸，增加入了一個有關於位移電流的項目，稱為「馬克士威修正項目」。由於分子渦包具有彈性，這模型可以描述電磁波的物理行為。因此，馬克士威推導出電磁波方程式。他又計算出電磁波的傳播速度，發現這數值與光速非常接近。警覺的馬克士威立刻斷定光波就是一種電磁波。後來於1887年海因裏希·赫茲做實驗證明瞭這事實，於是馬克士威統一了電學、磁學、光學理論。
雖然有了極具功能的馬克士威方程組，經典電動力學基本上已經完備，在理論方面，二十世紀帶來了更多的改良與延伸。阿爾伯特·愛因斯坦，於1905年，在他的論文裡表明，電場和磁場是處於不同參考系的觀察者所觀察到的同樣現象（幫助愛因斯坦發展出狹義相對論的思想實驗）。後來，電動力學又與量子力學合併為量子電動力學。在各個學術領域裡，磁場會被用來稱呼兩種不同的向量場。向量場又時常稱為「磁場強度」(magnetic field intensity或magnetic field strength)或「輔助磁場」(auxilliary magnetic field)或乾脆「H場」。向量場也時常稱為「磁通量密度」(magnetic flux density)、「磁感應強度」(magnetic induction)、「B場」。
雖然「磁場」這個詞彙在歷史上已先被佔有，而只能稱為「磁感應」，但是現在多數物理學家公認為更基本的物理量，因此他們稱呼為「磁場」。對於很多其他物質，磁化強度之間的關係相當複雜。在國際單位制裡，B場的單位為特斯拉（tesla），等價於韋伯（weber）／平方米，或伏特·秒／平方米。在CGS單位制裡，B場的單位為高斯（gauss）。1特斯拉等於10,000高斯。在國際單位制裡，H場的單位為安培／公尺；在CGS單位制裡，H場的單位為奧斯特（oersted）。1奧斯特定義為安培／公尺。
精密儀器能夠測量到的最微小磁場的數量級為阿托特斯拉（10-18特斯拉）；實驗室能夠製備的最強勁磁場為2800特斯拉。很多像磁星一類的天文星體，其磁場值域為0.1至100吉咖特斯拉（108至1011特斯拉），超強於最強勁的實驗室磁場。
磁強計（magnetometer）是測量局域磁場的儀器。磁強計又分為很多類，重要的幾類包括霍爾效應磁強計、超導磁強計、核子旋進磁力儀（NMR magnetometer）、磁通門慈強記（fluxgate magnetometer）等等。遙遠的天文星體的磁場可以靠著測量其對於附近帶電粒子的影響而得知。磁場的方向可以藉著磁偶極子的性質來表示；磁場中的磁偶極子會沿著磁場線平行排列，其中的一個顯著例子就是磁鐵周圍的鐵粉分佈圖案。將條狀磁鐵放在白紙下面，鋪灑一堆鐵粉在白紙上面，這些鐵粉會依著磁場線的方向排列，形成一條條的曲線，在曲線的每一點顯示出磁場線的方向。這曲線圖稱為「場線圖」。
繪製場線圖是一種很簡單的、描述磁場（或任意其他向量場）的方法，在空間的任意位置的磁場可以從場線圖在對應位置的場線方向和密度估計出來。磁場線密度越高表示磁場越強勁。場線圖的繪製相當容易。磁場在任意位置的方向可以用羅盤來顯示。羅盤可以顯示出一個條形磁鐵的磁場方向。由於異性磁極相互吸引，羅盤磁針的指北極會被磁鐵的指南極（S極）吸引；由於同性磁極相互排斥，磁針的指北極會被磁鐵的指北極（N極）排斥。在磁鐵的指南極附近，磁場指向磁鐵；在指北極附近，磁場背向磁鐵。載流導線產生的磁場不會指向導線，也不會背向導線，而是會環繞著導線。
出現於地球北極高空或南極高空的極光，也可以顯示出磁場線。從太陽流出來的大量離子形成了太陽風，其中一部分會流往地球，在地球高空，被地球磁場捕獲，沿著磁場線集中至北極高空與南極高空。這些離子跟大氣層的原子、分子之間的碰撞，造成了能量以極光形式被釋出。通常極光看起來像是漫射(diffusion)的輝光(glow)或「光簾」，朝著東-西方向延伸。每一張光簾是由許多條平行射線組成。每一條射線與在那位置的磁場線同方向。這令人覺得極光是由地球的磁場塑造成形的。確實無誤，從人造衛星的觀察證實了離子被磁場線引導，一邊繞著磁場線盤旋，一邊朝著地球移動。
磁場是一種螺線向量場，磁場線會從磁鐵的指北極附近離開磁鐵，又會從磁鐵的指南極附近進入磁鐵；在磁鐵內部，磁場線仍舊從指南極連結至指北極。任何一條進入磁鐵的磁場線必定會從磁鐵出來；絕不容許磁場線終結於任何位置。磁極總是以指北極和指南極一對一對的形式出現。將磁鐵切為兩半，會形成兩塊磁鐵，其中每一塊磁鐵都擁有自己的指北極和指南極。
更正式而言，所有進入某區域的磁場線，也必須離開那區域。因此，進入某區域的磁場線的數目，減去離開那區域的磁場線的數目，結果必須等於零，這結果稱為高斯磁定律。在磁性物質外面，H場線與B場線等同；但在磁性物質內部，H場可以朝向不同方向，是依賴磁化強度而定。假設外磁場等於零，則在一個均勻磁鐵內部，B場與H場的方向相反，H場線開始於指北極，終結於指南極。相與比較B場線形成一個閉合迴圈，在磁鐵內部從指南極延續到指北極，在磁鐵外部又從指北極繞道至指南極，H場線與電場線類似，電場線便是開始於正電荷，終結於負電荷。
磁單極子是一種假想的粒子（或粒子類），這粒子只擁有一個磁極（指北極或指南極）。是類似帶電粒子的擁有電荷，磁單極子擁有磁荷。現今，對於這概念的興趣大多出自於粒子物理學，特別值得注意的是大統一理論和超弦理論，關於磁單極子的存在或可能性，它們做了很多預測，因而激發出許多物理學者尋找磁單極子的強烈興趣。但儘管竭盡全力，物理學者至今仍舊無法觀察到任何磁單極子的蛛絲馬跡。最新進研究發現自旋冰(spin ice)是一種可以模擬磁單極子的材料，但不含有真實的磁單極子。
永久磁鐵會在周圍產生持續不變的磁場，永久磁鐵大多是由像鐵或鎳一類的鐵磁性物質經過磁化而製成。每一個永久磁鐵都具有磁矩，其方向是從磁鐵的指南極指向指北極。指南極和指北極分別位於條形磁鐵的兩端，稱為「磁極」。永久磁鐵的磁場比較複雜，特別是在磁鐵附近。一個微小條形磁鐵的磁場與其磁矩成正比，也會與磁鐵的定向有關。當尺寸驅向無窮小極限時，磁鐵可以理想化成為磁偶極子，這微小條形磁鐵（磁偶極子）產生的磁場，磁鐵與磁鐵之間感受到的磁力和力矩，可以採用「磁極模型」來計算，磁極與磁極之間會互相吸引或互相排斥，就好像電荷與電荷之間的庫倫力，很可惜科學家尚未找到磁荷存在的實證。
磁鐵的指北極與指南極無法被分離，任何分離動作會造成兩個子磁鐵，各自擁有自己的指北極與指南極。磁極模型無法解釋電流產生的磁場，也無法解釋移動於磁場中的電荷所感受到的勞侖茲力。更正確地描述磁性，涉及了計算廣泛分佈於磁鐵內部的原子尺寸載流迴圈所產生的磁場。而為什麼在地球表面某位置的局域磁場方向，是羅盤磁針（或任意磁鐵）的指北極指向的方向。
磁場與磁矩耦合產生的力矩可以用來驅動簡單的電動機。在一個簡單的直流電動機設計圖裏，固定一塊磁鐵於自由旋轉的旋轉軸（稱為轉子），排列一組電磁鐵（稱為定子）於旋轉軸的外周。然後，開啟交流電通過每一塊電磁鐵，每一股電流與隔鄰的電流，其相位差是有限常定值。在旋轉軸位置，會造成旋轉磁場。由於轉子的磁矩，感受到磁場施加的力矩，會跟隨磁場方向排列，轉子也會跟著旋轉磁場不停地旋轉。這就是電動機將電能轉換為機械能的基本運作機制。
高磁場區域會吸引或排斥磁鐵，決定於磁鐵與磁場之間的相對定向。異性磁極相互吸引，同性磁極相互排斥，就是這定則的特例。兩個磁鐵的異性磁極相互吸引，因為兩個異性磁極之間的磁場較強勁，而且這磁場的方向與磁鐵的磁矩同方向。逆反磁矩的方向，也會逆反結果。假設磁鐵的磁矩與磁場反方向，而磁鐵又不會因為磁場施加的力矩而改變定向，則作用於磁鐵的磁力的方向會朝向磁場比較弱的區域，這對應於兩個磁鐵的同性磁極相互排斥。不均勻外磁場可以區分不同定向的磁偶極子，這是著名的斯特恩－革拉赫實驗的運作原理。
電流會產生磁場。這電流可以是在導線內的巨觀電流，或是運動於原子軌域的電子所形成的微觀電流。處於外磁場的載流導線會感受到外磁場施加的磁力。將一根載流導線彎捲成為線圈，這動作會增強線圈內部的磁場，同時減弱線圈外部的磁場。將導線多重捲繞為緊密的多匝線圈，會增強這效應。這多匝線圈，稱為螺線管。在螺線管內加入鐵芯，會更加增強這效應，整個物體稱為電磁鐵，可以產生強大的，能被準確控制的磁場。長度超大於直徑的電磁鐵，可以近似其內部磁場為均勻磁場，近似其外部磁場為零。
帶電粒子繞著磁場線移動的軌跡是圓形的（更一般地，由於帶電粒子可能會沿著磁場線移動，軌跡是螺旋形的），這運動稱為迴旋運動(cyclotron motion)。由於磁力永遠垂直於移動方向，磁場不能做任何機械功於孤獨電荷。但是，磁場可以改變粒子的移動方向，甚至於使得感受到某外力作用的粒子會朝著垂直於那外力的方向漂移聲稱磁力，可以做機械功於真實磁偶極子或束縛於某種作用力的帶電粒子。但由於電流是一群移動中的帶電粒子所形成的巨觀效應，載流導線所感受到的磁力類似移動中的帶電粒子所感受到的磁力，處於磁場中的載流導線會感受到一種側向力。
在學習技巧之前，必須先瞭解磁化強度概念。當施加外磁場於磁性物質時，磁性物質的內部會被磁化，會出現眾多磁偶極子。磁化強度計量磁性物質被磁化的程度。採用國際單位制，磁化強度的單位是安培／公尺，方向是巨觀的平均磁偶極矩的方向。一個均勻磁鐵的磁化強度乘以體積，就可以得到這磁鐵的磁矩。與B場不同，磁化強度只存在於磁性物質內部。因此，磁化強度場線開始與終結於磁極。合乎物理理論的正確計算方法是，總和所有產生磁化強度的磁偶極子的電流，得到的電流稱為束縛電流，這是磁性物質用來產生磁場的源頭。
響應外磁場的作用，磁性物質會產生磁化強度和由於這磁化強度而產生的磁場。這響應通常很微弱，只有在外磁場作用時才會存在。「磁性」這術語專門形容這些物質在微觀層面如何響應，並且用來分類物質的磁態。按照各種物質的磁性行為，可以分為幾類：1.反磁性物質的磁化強度的方向與外磁場方向相反。2.順磁性物質的磁化強度的方向與外磁場方向相同。3.鐵磁性物質與密切相關的亞鐵磁性物質和反鐵磁性物質的磁化強度，可能會於外磁場無關，兩者之間的關係相當複雜。
超導體（和鐵磁超導體)當溫度低於某臨界溫度，磁場小於某臨界磁場時，這些物質會特徵地變成完美導電體，電導率變得無窮大，磁性也變得非常顯著，當磁場小於某更小的臨界磁場時，這物質會成為完美反磁性物質。超導體常常會在某寬廣的溫度和磁場值域內（稱為混合態），展現出磁化強度對於磁場的複雜磁滯依賴關係。對於某些物質，磁導率可能是一個二階張量，磁場與輔助磁場可能方向不相同。這些磁場與輔助磁場之間的關係，超導體和鐵磁性物質的磁場與輔助磁場之間的關係更加複雜。
根據法拉第電磁感應定律，含時磁場會生成電動勢。假設，一塊磁鐵移動通過導環圈，由於磁場是含時磁場，會生成電動勢，驅使感應電流於導環圈。這是許多電動機和發電機的運作原理，注意到法拉第電磁感應方程式內的負號是必需的，它意味著感應電流所生成磁場會反抗這含時磁場的改變。這現象稱為冷次定律。
1861年，馬克士威將安培定律方程式重新推導一遍，使得符合電動力學條件，馬克士威認為，含時電場會生成磁場，假若電場相依於時間，則前述安培定律方程式不成立，必須加以修正。克士威修正項目，在任何地方都可存在，甚至在真空也可存在，雖然不涉及任何真實的電荷運動，但是，它描述一個含時電場的物理行為，就好像是真實的電流。第二個項目是電極化電流密度，與電介質內單獨分子的極化率有關。由於增添了位移電流，電場與磁場能夠以電磁波的形式傳播於空間。1865年又推導出電磁波方程式，一種波動方程式，這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程式預測的電磁波速度與光速的測量值相等，馬克士威推論光波也是電磁波。
與所有向量場一樣，磁場具有兩種重要的數學性質，將磁場與其源頭（對於磁場而言，即電流和含時電場）連結。這兩個性質與電場的兩個對應性質，在馬克士威方程組裏，表達的淋漓盡致。馬克士威方程組和勞侖茲力方程式可以完整地解釋經典電磁學裡所有的現象和效應。電荷是如何產生電場的高斯定理；論述了磁單極子的不存在的高斯磁定律；電流和含時電場是怎樣產生磁場的馬克士威-安培定律，以及含時磁場是怎樣產生電場的法拉第電磁感應定律。解析整個問題，還需要補足磁場與輔助磁場之間的關係式，和電場與電位移場之間的關係式。但當這些關係式很簡單時，則可以避免計算束縛電荷和束縛電流。
根據狹義相對論，電磁力的分隔為電場部分和磁場部分並不具有絕對性，而是依觀測者的參考系而定；在某一參考系的觀測者所觀測到的純電場力，在另一參考系的觀測者可能會觀測為電場力與磁場力的淨力；又在某一參考系的觀測者所觀測到的純磁場力，在另一參考系的觀測者可能會觀測為電場力與磁場力的淨力。在狹義相對論裏，電場與磁場綜合成為二階張量，稱為電磁張量。改變參考系會攪混這電磁張量的分量，改變每一個分量的數值。這種綜合類似於狹義相對論將時間與空間綜合成為時空，或將動量與能量綜合成為『四維動量』。
在現代物理學裡，物理學家認為電磁場不是經典場，而是量子場；電磁場不是由在空間的每一點具有三個數值的向量所代表，而是在每一個點具有三個量子算符的向量。量子電動力學是一種能夠準確地描述電磁作用的理論。量子電動力學被包括於一種更完備的理論，稱為粒子物理學的標準模型。在量子電動力學裡，帶電粒子（或反粒子）彼此之間的電磁作用，是使用微擾理論計算獲得；這相當複雜的公式可以用費曼圖表現出來；在費曼圖裏，帶電粒子藉著互相交換虛光子來完成彼此之間的電磁作用。量子電動力學應是物理史上最為準確的物理理論。量子電動力學的理論預測與實驗結果的相符合能夠達到非常高的準確度：現在大約為10−12（限制於實驗誤差）。
在半導體領域，霍爾效應也可以應用於偵測在半導體一類物質內的主要電荷載子是負電子還是正電洞。霍爾效應推進器 是一種低功率的離子推進器。當太空船進入軌道或太空時，可以用霍爾效應推進器來推進太空船。
在地球地核的外核部分含有熔化的鐵金屬和鎳金屬，科學家認為，這熔液的對流運動會產生從東方朝向西方的電流，繼而產生磁場，即「地磁場」。這理論稱為發電機理論。由於地磁場的存在，放置於地球表面任意位置的羅盤，其磁針的指北極會指向北方，指向地球的地磁北極。這性質通常可以用來定義磁鐵的指北極。假設地球被視為一塊大磁鐵，因為異性磁極相互吸引，同性磁極相互排斥，這塊大磁鐵的指南極應該在地磁北極附近，其指北極應該在地磁南極附近。
在地球表面大多數位置，除了南／北分量以外，磁場還具有顯著的上／下分量。由於地球的磁極與地極並不恰巧重複在一起，磁場具有些微的東／西分量。地磁場不是毫無變化的，它的強度與地磁極位置會改變。科學家發現，地磁極會週期性地逆反定向，這過程稱為地磁反轉。最近一次的反轉是大約78萬年前的布容尼斯－松山反轉（Brunhes–Matuyama reversal）。對於澳大利亞紅英安岩和枕狀玄武岩的古地磁學（paleomagnetism）研究發現，地磁場的存在，估計至少已有35億年之久。地磁場會在太空與太陽風和其他帶電粒子群流互相作用，因而形成磁層。地球磁層並不是球狀的，在面對太陽的一面，其邊界離地心的距離約為七萬千米（隨太陽風強度的不同而變化）。
地磁場即是把地球視為一個磁偶極子（magnetic dipole），其中一極位在地理北極附近，另一極位在地理南極附近，這兩級所產生的球體磁場即為地磁場。通過這兩個磁極的假想直線（磁軸）與地球的自轉軸大約成11.3度的傾斜。地磁場的成因或許可以由發電機原理解釋。地球的磁場向太空伸出數萬公里形成地球磁圈(magnetosphere)。地球的磁北極實際上是磁場的指南極，它會吸引構成羅盤指針的磁鐵的指北極。這個已成慣例的錯誤稱呼已經是難以改變了。注意圖上象徵地球的磁鐵的北極實際上是指向地理南極的。目前磁北極在加拿大境內，距離地理北極大約1000公里。
磁極的位置並不是固定的，每年會移動數英哩。磁北極目前約以平均每年40公里向地理北極接近。兩個磁極的移動彼此之間是獨立的，而兩個磁極也不會正好在地球球體的兩端，也就是說，磁軸不會通過地球正中心。目前磁南極到地理南極的距離比磁北極到地理北極的距離遠。地表上的地磁場強度並不均勻，強度因地理位置而有所變化：從0.3高斯（南美地區和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北極附近，澳大利亞南部和一部分西伯利亞地區）。
地磁場類似磁鐵棒，但是這種相似只是粗略的。磁鐵棒或是其他永久磁鐵的磁場是由於鐵原子中的電子有序的運動而形成的。然而，地核的溫度高於居裏點（鐵的居裏點：絕對溫度1043K），鐵原子的電子軌道的方向會變得隨機化，這樣的隨機化會使得物質失去它的磁場。因此地磁場的成因並不是由於有磁性的鐵礦，主要的因素是電流（地電流（telluric currents））。另一項地磁場與磁棒不同的特徵是地磁場的磁圈。磁圈與地球有一段距離，與地磁場表面有關。此外在地核中的磁化的組成成分是轉動的而不是靜止的。
近年來美國研究人員觀測最新的衛星結果顯示，保護地球以避免受到太陽猛烈爆發活動傷害的磁場，竟然出現了一個前所未有的巨大裂痕。這一驚人的發現是美國太空總署由五顆小衛星組成的Themis衛星組於2007年夏季觀測而得。長久以來科學家就瞭解到保護地球免受惡劣太空天氣影響的磁場，有如年久失修的老房子，有時會無法避免受到太陽帶電粒子的猛烈爆發的影響。而類似這樣的磁場裂縫能夠製造壯觀的極光，但同時也會破壞衛星與地面的通訊系統。
Themis衛星組的觀測結果顯示，地球磁場有時會出現兩條裂縫，致使太陽風—太陽噴射的帶電粒子流，速度高達到每小時一百萬哩(大約每小時一百六十萬公里)—穿透地球外部的大氣層。Themis衛星組計算了一層太陽粒子的厚度，其在地球磁場圈最外部的厚度至少在四千哩(大約六千四百三十七公里)以上，這是至今為止在地球磁場防護罩上發現的最大裂縫。
在美國舊金山舉行的地球物理學聯合會議上，加州柏克萊大學Themis衛星組專案科學家馬裡特．奧列羅塞特(Marit Oieroset)表示：「裂縫的擴大速度非常快。」但有些類似的裂縫只是暫時的，發現這個裂縫只裂開大約一個小時而已。而太陽耀斑 (Solar flares)對在軌道活動的太空員可能會構成潛在威脅，通常不會威脅到地面上人類的安全。此次研究是由美國太空總署和國家科學基金會資助的。科學家們最初認為，這一次史上的最大裂縫是發生在地球和太陽磁場處於相反方向時，但Themis衛星組觀測的資料顯示卻恰好相反。奧列羅塞特表示，在兩個磁場方向相同時，太陽風會穿透地球防護罩的次數是方向相反時的二十倍。
在過去的數十億年中，地球磁場曾多次發生翻轉，這可以在地球岩石中找到大量證據。從地質記錄來看，地球磁場平均大約每20萬年翻轉一次，不過時間也可能相差很大，並不固定，上一次磁場翻轉是在78萬年前。專家認為，地球磁場來自地球深處的地心部分，固體的地心四周是處在熔解狀的鐵和鎳液體。地心在金屬液中的運動，產生了電流，形成了地球磁場。而該磁場遮罩了宇宙射線，主要是太陽風暴對地球的襲擊，保護了地球生命的延續。
科學家發現，火山岩漿凝固時，其中的鐵總是按磁場方向排列。專家把這一現象稱為地球動力學，地球磁場是由地球動力支配的，他們根據這一理論發展的電腦類比系統發現，地心周圍的液體物質，總是處在不穩定狀態，以非常緩慢的速度轉動，一般大約每年移動一度，然而在受到某種干擾時，這個速度會變得越來越快，使原有的磁場偏離極地越來越遠，最後發生南北極互換的現象。
美國約翰·霍普金斯大學的地球物理學家皮特·奧森正在嚴密關注地球磁場的變化，他說隨著時間的推移，我們能夠追蹤到它的軌跡，就像颶風預報一樣，我們會知道翻轉現象什麼時候發生。加里·格拉茲邁爾安慰大家說：『這個現象曾發生過多次了，生命不會因此滅絕的。』
地球的磁場顛倒翻轉或許將危及生物，首先許多依靠鑒別地球南北極而遷徙的動物將會“亂了方寸”。幾萬年來蜜蜂、鴿子、鯨魚、鮭魚、紅龜、辛巴威鼴鼠等動物一直依賴先天性的本能在磁場的指引下秋移春返，一旦磁場消失，它們的命運很難預測。而對於人類來說，最致命的打擊莫過於直接暴露在強烈的紫外線輻射之下，屆時，皮膚癌等各種災難都將降臨。地球磁場顛倒是一種很少發生的現象，但一旦發生將會對人類產生災難性的影響，但是對於地球完成一次磁場翻轉究竟需要多長時間，確實科學家們一直爭論不休的問題，美國科學家布拉德福-克萊門特在分析了從世界各地區取來的地層沉積樣本，這些沉積樣本分別屬於四個不同的地理歷史時期，它們殘留有當時地球磁場的資訊，通過對這些樣本的分析研究指出，地磁場顛倒一次大約需要7000年到28萬年不等。
但是地球磁場的顛倒也不是同一時間內就完成的。在赤道地區這個過程較快，而在接近極地的高緯度地區則需要較長的時間。克萊門特解釋說，這是因為在南北大磁場缺席的狀態下，地核產生了一個微弱的磁場，使地球表面出現了眾多的“袖珍小磁極”。最終新的兩大磁極再次形成，但是南北磁極發生了對調，並且恢復了磁場強度。沒有人知道地球磁場的顛倒究竟會對地球生命產生怎樣的影響，但是很多人會聯想到世界末日，今天地球生命的很多方面都會發生顛倒和混亂。那時賴以保護人類免受太陽高能粒子強烈輻射的地球磁場將會完全消失，地球將整個暴露在各種致命的宇宙射線下；並且會加熱大氣層上層，引起全球氣候改變；損壞所有位於地球近地軌道上的導航和通訊衛星；此外還會使地球上所有的遷徙性動物失去定向能力。
正負兩極變化的太陽磁場將使得未來10年包括地球在內的太陽系內部區域面臨一場『宇宙塵埃風暴』的襲擊。這場宇宙“沙塵暴”是否將對地球產生影響以及影響有多大現在為不得而知。但一些研究人員已經預測，這一具有持續性的宇宙塵埃風暴有可能與冰河時代的形成甚至與大規模物種的滅絕有關。在過去的10年，太陽的磁場起到了屏障的作用，使得帶電的宇宙塵埃和顆粒偏離太陽系。但太陽活動週期已在2001年達到高峰。如所預科的那樣，太陽的磁場正負兩極發生了逆轉，即南極變成了北極，而北極則變成了南極。在這種情況下，太陽的磁場不再象以前那樣使得宇宙塵埃偏離太陽系，反而實際上吸引這些塵埃進入太陽系內部。
這一模式也許在此前的太陽活動週期中已經重複過多次，但直到現在天文學家才開始擁有所需的資料來證明這一點。資料來自歐洲宇航局(ESA)和美國宇航局(NASA)聯合進行的一場太空實驗專案名為“塵埃”（DUST），主要由於1990年發射升空的“尤利塞斯”（Ulysses）太空探測器對宇宙中的塵埃顆粒對地球產生的影響實施探測。由ESA科學家、德國海德爾堡Max-Planck學院教授馬克斯-蘭德格拉夫及其同事收集到的資料顯示，現在進入太陽系的宇宙塵埃數量較之90年代多了三倍。目前有關宇宙塵埃將對地球產生何種影響還不清楚，但科學家正在就這一問題展開激烈的爭論。每年都有大約4萬噸重的宇宙碎片落到地球上，其中大多數形成了流星。
一些研究人員最近暗示，大量的宇宙塵埃進入地球大氣層中，而且持續時間幾個世紀甚至更長，這種現象有可能是導致冰河時代形成和大規模物種滅絕的原因之一。蘭德格拉夫對於這種猜測顯得較為謹慎，但他表示：“太陽系內部任何一個宇宙現象最終都會對每顆行星產生影響，但這種影響到底有多大仍然僅僅是猜測。”蘭德格拉夫希望“尤利塞斯”太空探測器能夠為宇宙塵埃對地球將產生何種影響提供一些具體的資料，他說：“我們每個星期都得到兩組探測資料，我們有必要從現在一直對相關現象進行觀測，以便收集足夠的資料為我們的研究提供證據。”這些資料還會與來自高空飛機實驗得到的資料進行綜合，高空飛機實驗往往會得到有關宇宙塵埃落向地球的一些資料....
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