如果你將一塊木頭放在另一塊木頭旁邊，沒有現象發生。如果一塊花崗巖放到另一塊石頭旁邊，也沒現象。但是如果你放上兩塊鐵……奇蹟出現了，我是說磁鐵。磁性物質可以奇蹟般地長距離互相吸引，因為物體之外形成了肉眼難見的磁場。但是有個問題：磁場是從哪裡來的？這簡單，我們很早就知道磁和電本質上是同一事物。正如質量與能量、時間與空間的關係，它們都能相互轉換。實際上，磁場本質上是電場轉化來的，這種現象在帶電物體開始運動時產生。這就解釋了在電線中流動的電子流為什麼會使指南針轉動，也解釋了地球的外地核內的電流如何產生地磁場。但磁棒或者指南針本身在其中沒有電流通過時，僅僅是一塊金屬。
是這樣嗎？從微觀上看，大量電子在組成物質的原子及分子周圍旋轉。沒錯！這就產生了奇妙的現象，任何常見物體的磁性都受各種效應奇妙組合的影響，這些效應源於粒子、原子、原子團，以及原子團的集合。首先，單個粒子不像生活中重力和電力機制，永久磁性只能作為量子力學效應被完全理解，像電子和夸克這樣的粒子有質量和電荷量等基本特性。與之類似，大多數微粒還有另一種固有特性，叫做「微磁」。只是開玩笑，它其實叫做「內稟磁矩」。但實際上，有傳言說帶電荷粒子恰巧也是微磁。若你想了解它們為什麼是微磁，你可能也想了解電子為何帶電荷，以及有能量和動能的物體為何會由於引力而相互吸引。沒有人知道，我們只知道這是宇宙規律。
沒錯，二十世紀二十年代我們就已經知道電子和質子是微磁，這讓我們來到了原子層面。一個原子就是一群帶正電的質子，質子周圍有一群帶負電的電子繞其旋轉，質子的微磁比電子的微磁弱了近千倍，因此原子核對整個原子的磁性幾乎沒有影響。你可能會想，儘管不是全部，但許多電子也在運動，就像電線中的電流。那這種運動應該會產生磁場，確實會產生磁場，叫做「軌道」磁場。但它們在原子磁場的形成中通常不起作用，原因如下：量子力學可以準確而複雜地描述原子中的電子，但關鍵是電子聚集在原子核周圍的電子層中。任何滿電子層內的電子均等地向各個方向運動，因此它們產生的電流相互抵消，從而不產生磁場。
這些電子也會成對出現，它們的微磁方向相反，從而相互抵消。然而，在半滿的電子層裡，所有電子都不配對。它們的微磁場方向相同並相互疊加，意味著外層電子的固有磁性構成了大部分的原子磁場。因此，元素周期表主族元素和過渡元素區的邊緣附近，有全滿（或幾乎全滿）的外電子層的原子沒什麼磁性。各分區中部位置的原子有半滿的外電子層，它們有磁性。比如鎳、鈷、鐵、錳、鉻，等等。等等，鉻沒有磁性！啊，但一個原子有磁性並不意味著許多該種原子組成的物質也有磁性。這讓我們來到了晶體層面，當一群磁性原子組成固體時，通常有兩種情況：一是所有原子將其磁場同方向地排列成一行，二是將磁場交替排列成一行，使之相互抵消，原子會選擇二者中耗能少的方式。
這就是為什麼鉻原子有磁性，而固體鉻無磁性，因為鉻是已知的最反鐵磁性的物質。另一方面，鐵和鐵磁性是同義詞。所以意料中地，鐵是有鐵磁性的，或者用通常說法：有磁性的。有時卻會出現這種現象，磁性的最後一個層面是場域。本質上，即使在原子磁場排成一列的磁性物質中，也可能出現一部分該物質的原子排列指向一個方向，另一部分的原子都指向另一方向，等等。如果所有的「域」大小相近，沒有一個域強到能迫使其他域與自己排成一列，那麼一塊鐵因為內部互相衝突的磁域而沒有磁場。但如果從物質外施加足夠強的磁場或力或壓強，你就能增強一個磁域，使其控制相鄰磁域。
以此類推，直到所有磁域合而為一，都指向同一方向。現在你終於可以用鐵拳統治了，我是說磁鐵它有磁性，因為它是鐵磁性的且所有磁域排成一列。沒錯，值得注意的是，磁性是基本量子特性。放大到常見物體上，每個永久磁鐵都暗示我們量子力學是我們宇宙的基礎。為了使物質有磁性，它必須有統一的磁域。而每個磁域由無數個磁性原子組成，磁性原子需要排成一列。而每個原子有磁性的前提是原子有大約半滿的外電子層，從而使其固有磁場能排成一列而不相互抵消。顯然這些標準很難達到，這也是為什麼只有有限的適宜用來做磁鐵的材料。或者你可以給任何一個導電體通電，來產生磁場。