在地球上任何地方放一個(gè)小磁針，讓其自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其靜止時(shí)，磁針的北極（N極）總指向地理北極，這是由于地球周圍存在著地球磁場。地球磁場有大小和方向，所以是矢量場。地球磁場分布廣泛，從地核到空間磁層邊緣處處存在。

地球磁場隨時(shí)間變化的場，內(nèi)源場引起的變化稱為長期變化，主要有磁場倒轉(zhuǎn)和地球磁場向西飄移。地球磁場每5000~50000年倒轉(zhuǎn)一次，與現(xiàn)今磁場方向相同的磁場稱為正常磁場（磁場從南極附近出來，回到北極），與現(xiàn)在磁場方向相反的稱為倒轉(zhuǎn)磁場，地質(zhì)時(shí)期上出現(xiàn)過四個(gè)較大的倒轉(zhuǎn)期，現(xiàn)今為布容正向期，歷史上有松山反向期，高斯正向期和吉爾伯特反向期。

固體地球外部的各種電流體系引起的地球磁場變化稱為短期變化，特點(diǎn)是變化快，時(shí)間短。短期變化又分為平靜變化和擾動(dòng)變化，其中平靜變化包括太陽靜日變化和太陰日變化，擾動(dòng)變化包括磁暴、亞暴、鉤擾、灣擾和地磁脈動(dòng)。磁暴、鉤擾、灣擾的發(fā)生與太陽活動(dòng)有關(guān)，太陽活動(dòng)頻繁的時(shí)期，這些短期變化頻繁發(fā)生，而且強(qiáng)度很大，變化劇烈。亞暴與極光有關(guān)。

歷史上，第一個(gè)提出地球磁場理論概念的是英國人吉爾伯特。他在1600年提出一種論點(diǎn)，認(rèn)為地球自身就是一個(gè)巨大的磁體，它的兩極和地理兩極相重合。這一理論確立了地球磁場與地球的關(guān)系，指出地球磁場的起因不應(yīng)該在地球之外，而應(yīng)在地球內(nèi)部。

1893年，數(shù)學(xué)家高斯在他的著作《地磁力的絕對強(qiáng)度》中，從地磁成因于地球內(nèi)部這一假設(shè)出發(fā)，創(chuàng)立了描繪地球磁場的數(shù)學(xué)方法，從而使地球磁場的測量和起源研究都可以用數(shù)學(xué)理論來表示。但這僅僅是一種形式上的理論，并沒有從本質(zhì)上闡明地球磁場的起源。

現(xiàn)在科學(xué)家們已基本掌握了地球磁場的分布與變化規(guī)律，但是，對于地球磁場的起源問題，學(xué)術(shù)界卻一直沒有找到一個(gè)令人滿意的答案。關(guān)于地球磁場的起源，歷史上曾有來自北極星的傳說，但是到公元17世紀(jì)初就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，不過當(dāng)時(shí)仍不清楚地球磁場是怎樣產(chǎn)生的。

2010年，一項(xiàng)研究顯示，地球磁場形成于34.5億年前。地球磁場形成的時(shí)間與地球上最初生命的形成時(shí)間相符，地球磁場的形成有效的避免了地球上最初的生命形態(tài)遭受太陽磁輻射的破壞。

有電荷在運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生磁場，因此地球的磁場應(yīng)該與地球內(nèi)部的帶電結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常物質(zhì)所帶的正電和負(fù)電是相等數(shù)量的，但由于地球核心物質(zhì)受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內(nèi)部有大量的鐵磁質(zhì)元素，物質(zhì)變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由于地核中物質(zhì)受著巨大的壓力作用，自由電子趨于朝向壓力較低的地幔，使地核處于帶正電狀態(tài)，地幔附近處于帶負(fù)電狀態(tài)，情況就象是一個(gè)巨大的“原子”。

科學(xué)家相信，由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，地層的導(dǎo)電率極高，使得電流就如同存在于沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動(dòng)，這使地球形成了一個(gè)磁場強(qiáng)度較穩(wěn)定的南北磁極。

另外，電子的分布位置并不是固定不變的，會(huì)因許多的因素影響下會(huì)發(fā)生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉(zhuǎn)與地殼和地幔并不同步，這會(huì)產(chǎn)生一強(qiáng)大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運(yùn)動(dòng)，造成地球的南北磁極翻轉(zhuǎn)。

隨著科學(xué)的發(fā)展，對于地球磁場觀測和地球結(jié)構(gòu)的研究不斷增多和深入，對地球磁場的起源先后提出了10多種學(xué)說。

永磁體學(xué)說

最早提出的一種學(xué)說，認(rèn)為地球內(nèi)部存在巨大的永磁體，由這永磁體產(chǎn)生地球磁場，但后來認(rèn)識(shí)到地球內(nèi)部溫度很高，不可能存在永磁體。

內(nèi)部電流學(xué)說

認(rèn)為地球內(nèi)部存在巨大的電流，形成巨大電磁體產(chǎn)生地球磁場，巨大電流會(huì)很快衰減，不會(huì)長期存在。

電荷旋轉(zhuǎn)學(xué)說

1900年提出，認(rèn)為地球表面和內(nèi)部分別分布著符號(hào)相反、數(shù)量相等的電荷，由地球自轉(zhuǎn)而形成閉合電流，并產(chǎn)生磁場，但這種學(xué)說缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

壓電效應(yīng)學(xué)說

1929年提出，認(rèn)為在地球內(nèi)部物質(zhì)在超高壓力下使物質(zhì)中的電荷分離，電子在這樣的電場中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流和磁場。但理論計(jì)算出這樣的磁場僅有地球磁場的約千分之一。

旋磁效應(yīng)學(xué)說

1933年提出，認(rèn)為地球內(nèi)的強(qiáng)磁物質(zhì)旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生地球磁場，但這種旋磁效應(yīng)產(chǎn)生的磁場只有地球磁場的大約千億分之一。

溫差電效應(yīng)學(xué)說

1939年提出，認(rèn)為地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的熱量，使熔融物質(zhì)發(fā)生連續(xù)的不均勻?qū)α?，這樣產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢和電流，由此電流產(chǎn)生地球磁場，但理論估計(jì)也同地球磁場不符合。

發(fā)電機(jī)學(xué)說

1946年提出，認(rèn)為是地球內(nèi)部的導(dǎo)電液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)恒的電流，由這電流產(chǎn)生地球磁場。

旋轉(zhuǎn)體效應(yīng)學(xué)說

1947年提出，是根據(jù)少數(shù)天體觀測得到的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，認(rèn)為具有角動(dòng)量的旋轉(zhuǎn)物體都會(huì)產(chǎn)生磁矩，因而產(chǎn)生磁場。這一學(xué)說需要使用一個(gè)無科學(xué)根據(jù)的常數(shù)，5年后又被提出這一學(xué)說的科學(xué)家根據(jù)精密的實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以否定了。

磁力線扭結(jié)學(xué)說

1950年提出，認(rèn)為在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉(zhuǎn)，會(huì)使原始微弱的地球磁場放大，由此產(chǎn)生地球磁場。

霍爾效應(yīng)學(xué)說

1954年提出，認(rèn)為在地球內(nèi)部由于溫度不均勻產(chǎn)生的溫差電流和原始微弱磁場的同時(shí)使用下，會(huì)由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢和霍爾電流，由此產(chǎn)生地球磁場。

電磁感應(yīng)學(xué)說

1956年提出，認(rèn)為由太陽的強(qiáng)烈磁活動(dòng)通過帶電粒子的太陽風(fēng)到達(dá)地球后，會(huì)通過地球內(nèi)部的電磁感應(yīng)和整流作用產(chǎn)生地球內(nèi)部的電流，由此產(chǎn)生地球磁場。在這些學(xué)說中，只有發(fā)電機(jī)學(xué)說（又稱磁流體發(fā)電機(jī)學(xué)說）在觀測、實(shí)驗(yàn)和理論研究上得到較多的證認(rèn)，是研究和應(yīng)用較多的地球磁場學(xué)說。

自由電子旋轉(zhuǎn)說

2006年提出，是唯一由中國人王金甲先生，根據(jù)分子、原子學(xué)，結(jié)合地震波提供的地球深處高清圖像提出的學(xué)說。

地球磁場能夠反射粒子流，把地球包圍起來，使人類免受高速太陽風(fēng)的輻射和傷害，為地球提供了一個(gè)無形的屏障。鴿子，蝙蝠和烏龜?shù)却罅縿?dòng)物都用地球磁場來導(dǎo)航。 參照詞條：磁極翻轉(zhuǎn)

大量的事實(shí)和證據(jù)表明，地球磁場的磁極曾經(jīng)互換過。

地球磁場不是毫無變化的，它的強(qiáng)度與地磁極位置會(huì)改變?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，地磁極會(huì)周期性地逆反定向，這過程稱為地磁反轉(zhuǎn)。地球磁場會(huì)在太空與太陽風(fēng)和其它帶電粒子群流互相作用，因而形成磁層。地球磁層并不是球狀的，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(fēng)強(qiáng)度的不同而變化）。

磁北極	(2001) 81.3°N,110.8°W	(2004 估計(jì)) 82.3°N,113.4°W	(2005 估計(jì)） 82.7°N,114.4°W
磁南極	(1998) 64.6°S,138.5°E	(2004 估計(jì)） 63.5°S,138.0°E

2009年6月29日，據(jù)美國媒體稱，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部的地核正在改變?yōu)榈厍蛱峁┍Ｗo(hù)的磁場，這可能使衛(wèi)星和其他航天器易于遭受高能輻射的破壞。

該研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)磁場的衰弱過程可能持續(xù)數(shù)百年，乃至數(shù)千年，但持續(xù)幾個(gè)月的更小、更快速的波動(dòng)可能會(huì)使衛(wèi)星失去磁場的保護(hù)。德國地球科學(xué)研究中心的地球物理學(xué)家米奧拉·曼蒂(Mioara Mandea)表示：“南大西洋已經(jīng)出現(xiàn)了這些變化，這一地區(qū)的磁場最弱，僅為普通磁場的三分之一。”

2012年7月6日，美國宇航局宣布在地球磁場內(nèi)發(fā)現(xiàn)隱藏的“入口”。這種入口被稱之為“X點(diǎn)”或者“電子擴(kuò)散區(qū)”，并非通往其他星系和行星，而是幫助運(yùn)送來自太陽的磁性帶電粒子。飛抵地球后，這些帶電粒子會(huì)形成絢爛的極光，同時(shí)導(dǎo)致地磁暴。

參與此項(xiàng)研究的愛荷華州大學(xué)教授杰克·斯庫德表示：“地球與太陽的磁場通過這些入口連接在一起，形成一條不受干擾的通道，直通9300萬英里(約合1.5億公里)外的太陽大氣層?！庇捎凇斑@些磁性入口不可見，不穩(wěn)定并且難以捉摸”，因此科學(xué)家尚不清楚X點(diǎn)的真實(shí)身份。

這些入口與地球之間的距離在1萬到3萬英里(約合1.6萬到4.8萬公里)之間。2014年，美國宇航局將執(zhí)行磁層多尺度任務(wù)(MMS)。這項(xiàng)任務(wù)將發(fā)射4顆探測器，環(huán)繞地球軌道，可用于鎖定和研究X點(diǎn)。