磁性
磁気現象は磁場によってもたらされる。電流または磁気双極子は磁場を生み出し、その磁場内にある他の粒子に磁力が与えられる。
マクスウェルの方程式(定常電流の場合はビオ・サバールの法則に単純化される)は、そういった力を生み出す場の起源とその振る舞いを記述する。電荷を持つ粒子が運動すると(例えば、電子の運動によって電流が流れる場合や原子核の周りを電子が軌道を描いて回る場合)、磁気が現れる。また、磁気は量子力学的スピンによる(電流によるものではない)磁気双極子によっても生じる。
荷電粒子の運動やスピンによる磁気双極子によって磁場が生まれると、磁力も生じる。次の式は運動する荷電粒子についてのものである。
磁場の中を運動する荷電粒子は、以下のベクトル積で表される力 F(ローレンツ力)を受ける。 (ただし、粒子が磁気双極子でもある場合、これ以外の力も受ける。)
F → = q v → × B → {\displaystyle {\vec {F}}=q\,{\vec {v}}\times {\vec {B}}}
強磁性体と同様、フェリ磁性体も磁場のない状態で磁化された状態を保持する。しかし反強磁性体と同様、隣接する電子のスピンは反平行となっている。一見すると矛盾する特性を兼ね備えているのは、最適な幾何学的配置において一方向の磁気モーメントが逆方向の磁気モーメントより大きいためである。
天然に産する磁鉄鉱は元々は強磁性体だとみなされていたが、ルイ・ネールがフェリ磁性体であることを発見した。
非磁性物質に対して、特別な装置など使わずとも容易に判るほど強い磁性を示す物質(強磁性物質)として、ある種の鋼のような人工的な鉄合金がよく知られている。また、磁鉄鉱(天然磁石)や磁硫鉄鉱などといった鉱物も強磁性物質であり、その名に「磁石」の「磁」が付いていることからも明らかなように、人間が手を加えるまでもなく、磁力を持っていることが見て取れる磁石が天然に生成される場合もあることが知られている。
磁力は、電荷の運動によって引き起こされる基本的な力である。磁力を支配する場の起源と振る舞いはマクスウェル方程式で記述される(ビオ・サバールの法則も参照のこと)。そのため磁気は電荷を持つ粒子が運動をすればいつでも現れる。磁気・磁性は電流の中の電子の運動によって発生して電磁気と呼ばれたり、電子の量子力学的な軌道運動(電子は太陽を周る惑星のような軌道運動を行なっているわけではないが、「実効的な電子の速度」は存在する)やスピンによって生じ、永久磁石の力の源となったりする。
ここで、 q {\displaystyle q\,} は粒子の電荷、 v → {\displaystyle {\vec {v}}\,} は粒子の速度ベクトル、 B → {\displaystyle {\vec {B}}\,} は磁束密度である。 この力は外積なので、粒子の速度と磁場の両方に対して垂直な方向に働く。このため仕事はなされず、磁力は粒子の運動の方向だけを変え、速さは変えない。力の大きさは、v と B の間の角度を θ {\displaystyle \theta } とすると、次のようになる。
F = q v B sin  θ {\displaystyle F=q\,v\,B\sin \theta \,}
力の向きを知るにはフレミング左手の法則が利用でき、電流の向き q v を中指、磁場 B を人差し指で表せば、力 F の方向は親指で表される。
粒子が磁気双極子である場合は、(非一様な)磁場の中で粒子がその速度と垂直でない力を受け速さが変わることもある。
アインシュタインの特殊相対性理論の帰結として、電気と磁気は根本的に相互に関連していると理解されている。電気を伴わない磁気や磁気を伴わない電気は、ローレンツ力が速度に依存する点から特殊相対性理論と整合しない。しかし、電気と磁気を両方考慮する電磁気学の理論は特殊相対性理論に完全に整合している。従って、ある観察者から見て完全に電気に見える現象や完全に磁気に見える現象が、別の観察者から見れば電気と磁気を両方伴うものに見える可能性があり、電気と磁気は系に依存した相対的なものである。つまり、特殊相対性理論では電気と磁気は1つとなり、分けて考えることができない。