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  馬克士威方程組描述磁感應強度 formula_5 、磁場強度 formula_6 、電場 formula_7 、電位移 formula_8 、電荷密度 formula_9 和電流密度 formula_10 的物理行為。這裡會探索磁化強度 formula_2 的角色和與這些物理量之間的關係。

  磁場強度 formula_6 定義為  其中,formula_14 是磁常數。  對於抗磁性物質和順磁性物質,formula_2 與 formula_6 之間的關係通常是線性關係:  其中,formula_18 是磁化率。  由於遲滯現象,鐵磁性物質的 formula_2 與 formula_6 之間並不存在一一對應關係。

  在磁性物質內,「磁化電流」是總電流的一部分,又稱為「束縛電流」,是由束縛電荷形成的。磁性物質內部的「束縛電流密度」 formula_21 和「表面束縛電流密度」 formula_22 分別為  其中,formula_25 是垂直於磁性物質表面的單位向量。  在馬克士威方程組內的總電流 formula_10 為  其中,formula_28 是自由電流密度,formula_29 是電極化電流密度。  自由電流密度是由自由電荷形成的自由電流的密度。自由電荷不束縛於物質的原子的內部。  電極化電流是由含時電極化強度formula_30形成的:

  除去自由電流和各種含時效應,描述磁現象的馬克士威方程組約化為  應用類比方法,與靜電學問題類比:  靜磁學的問題可以用靜電學的方法來解析。在這裡,formula_36 專案類比於 formula_37 專案。

  當思考奈米尺寸和奈米時段的磁化作用時,含時磁化物理行為變得很重要。不單只是依著外磁場的磁場線排列,在物質內的單獨的磁偶極矩會開始繞著外磁場進動,通過弛豫,緩慢地隨著能量傳輸進入物質結構,達成與磁場線排列。

  

  抗磁性是物質抗拒外磁場的趨向,因此,會被磁場排斥。所有物質都具有抗磁性。可是,對於具有順磁性的物質,順磁性通常比較顯著,遮掩了抗磁性。 只有純抗磁性物質才能明顯地被觀測到抗磁性。例如,惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素(金、銀、銅等等)都具有顯著的抗磁性。 當外磁場存在時,抗磁性才會表現出來。假設外磁場被撤除,則抗磁性也會遁隱形跡。  在具有抗磁性的物質裡,所有電子都已成對,內秉電子磁矩不能整合巨集觀效應。抗磁性的機制是電子軌域運動,用經典物理理論解釋如下:  特別注意,這解釋只能用來啟發思考。正確的解釋需要依賴量子力學。

  鹼金屬元素和除了鐵、鈷、鎳以外的過渡元素都具有順磁性。在順磁性物質內部,由於原子軌域或分子軌域只含有奇數個電子,會存在有很多未配對電子。遵守包立不相容原理,任何配對電子的自旋,其磁矩的方向都必需彼此相反。未配對電子可以自由地將磁矩指向任意方向。當施加外磁場時,這些未配對電子的磁矩趨於與外磁場呈相同方向,從而使磁場更加強烈。假設外磁場被撤除,則順磁性也會消失無蹤。  一般而言,除了金屬物質以外,順磁性與溫度相關。由於熱騷動(英語:thermal agitation)造成的碰撞會影響磁矩整齊排列,溫度越高,順磁性越微弱;溫度越低,順磁性越強烈。  在低磁場,足夠高溫的狀況,根據居里定律(英語:Curie's law),磁化率 formula_46 與絕對溫度 formula_47 的關係式為  其中,formula_49 是依不同物質而定的居里常數(英語:Curie constant)。

  在鐵磁性物質內部,如同順磁性物質,有很多未配對電子。由於交換作用(英語:exchange interaction),這些電子的自旋趨於與相鄰未配對電子的自旋呈相同方向。由於鐵磁性物質內部又分為很多磁疇,雖然磁疇內部所有電子的自旋會單向排列,造成「飽合磁矩」,磁疇與磁疇之間,磁矩的方向與大小都不相同。所以,未被磁化的鐵磁性物質,其淨磁矩與磁化向量都等於零。  假設施加外磁場,這些磁疇的磁矩還趨於與外磁場呈相同方向,從而形成有可能相當強烈的磁化向量與其感應磁場。 隨著外磁場的增高,磁化強度也會增高,直到「飽和點」,淨磁矩等於飽合磁矩。這時,再增高外磁場也不會改變磁化強度。假設,現在減弱外磁場,磁化強度也會跟著減弱。但是不會與先前對於同一外磁場的磁化強度相同。磁化強度與外磁場的關係不是一一對應關係。磁化強度比外磁場的曲線形成了磁滯回線。  假設再到達飽和點後,撤除外磁場,則鐵磁性物質仍能儲存一些磁化的狀態,淨磁矩與磁化向量不等於零。所以,經過磁化處理後的鐵磁性物質具有「自發磁矩」。  每一種鐵磁性物質都具有自己獨特的居里溫度。假若溫度高過居里溫度,則鐵磁性物質會失去自發磁矩,從有序的「鐵磁相」轉變為無序的「順磁相」。這是因為熱力學的無序趨向,大大地超過了鐵磁性物質降低能量的有序趨向。根據居里-外斯定律(英語:Curie-Weiss law),磁化率 formula_46 與絕對溫度 formula_47 的關係式為  其中,formula_53 是居里溫度(採用絕對溫度單位)。  假設溫度低於居里溫度,則根據實驗得到的經驗公式,  其中,formula_55 是磁化強度差,formula_56 與 formula_57 是物質分別在絕對溫度 formula_47 與 formula_59 的磁化強度,formula_60 是依物質而定的比例常數。  這與布洛赫溫度1.5次方定律(英語:Bloch T law)的理論結果一致。  鎳、鐵、鈷、<unk>與它們的合金、化合物等等,這些常見的鐵磁性物質很容易做實驗顯示出其鐵磁性。

  在反鐵磁性物質內部,相鄰價電子的自旋趨於相反方向。這種物質的淨磁矩為零,不會產生磁場。這種物質比較不常見,大多數反鐵磁性物質只存在於低溫狀況。假設溫度超過奈爾溫度,則通常會變為具有順磁性。例如,鉻、錳、輕鑭系元素等等,都具有反鐵磁性。  當溫度高於奈爾溫度 formula_61 時,磁化率 formula_46 與溫度 formula_47 的理論關係式為  做實驗得到的經驗關係式為  其中,formula_66 是依物質而定的常數,與 formula_61 差別很大。  理論而言,當溫度低於奈爾溫度 formula_61 時,可以分成兩種狀況:

  像鐵磁性物質一樣,當磁場不存在時,亞鐵磁性物質仍舊會保持磁化不變;又像反鐵磁性物質一樣,相鄰的電子自旋指向相反方向。這兩種性質並不互相矛盾,在亞鐵磁性物質內部,分別屬於不同次晶格的不同原子,其磁矩的方向相反,數值大小不相等,所以,物質的淨磁矩不等於0,磁化強度不等於零,具有較微弱的鐵磁性。  由於亞鐵磁性物質是絕緣體。處於高頻率時變磁場的亞鐵磁性物質,由於感應出的渦電流很少,可以允許微波穿過,所以可以做為像隔離器(英語:isolator)、迴圈器(英語:circulator)、迴旋器(英語:gyrator)等等微波器件的材料。  由於組成亞鐵磁性物質的成分必需分別具有至少兩種不同的磁矩,只有化合物或合金才會表現出亞鐵磁性。常見的亞鐵磁性物質有磁鐵礦(FeO)、鐵氧體(ferrite)等等

  當鐵磁體或亞鐵磁體的尺寸足夠小的時候,由於熱騷動影響,這些奈米粒子會隨機地改變方向。假設沒有外磁場,則通常它們不會表現出磁性。但是,假設施加外磁場,則它們會被磁化,就像順磁性一樣,而且磁化率超大於順磁體的磁化率。
磁化強度(英語:magnetization),又稱磁化向量,是衡量物體的磁性的一個物理量,定義為單位體積的磁偶極矩,如下方程式: