Magnes to dowolny materiał zdolny do wytworzenia pole magnetyczne. Ponieważ każdy poruszający się ładunek elektryczny wytwarza pole magnetyczne, elektrony to małe magnesy. Ten prąd elektryczny jest jednym ze źródeł magnetyzmu. Jednak elektrony w większości materiałów są zorientowane losowo, więc pole magnetyczne netto jest niewielkie lub nie ma go wcale. Mówiąc prosto, elektrony w magnesie mają tendencję do zorientowania w ten sam sposób. Dzieje się tak naturalnie w przypadku wielu jonów, atomów i materiałów, gdy są one schładzane, ale nie są tak powszechne w temperaturze pokojowej. Niektóre pierwiastki (np. Żelazo, kobalt i nikiel) są ferromagnetyczne (mogą być indukowane do namagnesowania w polu magnetycznym) w temperaturze pokojowej. Dla tych elementy, potencjał elektryczny jest najniższy, gdy momenty magnetyczne elektronów walencyjnych są wyrównane. Wiele innych elementów to diamagnetyczny. Niesparowane atomy w materiałach diamagnetycznych wytwarzają pole słabo odpychające magnes. Niektóre materiały w ogóle nie reagują z magnesami.
Magnetyczny atom dipol jest źródłem magnetyzmu. Na poziomie atomowym dipole magnetyczne są głównie wynikiem dwóch rodzajów ruchu elektronów. Istnieje ruch orbitalny elektronu wokół jądra, który wytwarza orbitalny dipolowy moment magnetyczny. Drugi element momentu magnetycznego elektronu jest spowodowany przez obracać moment magnetyczny dipola. Jednak ruch elektronów wokół jądra nie jest tak naprawdę orbitą, ani spinowy dipolowy moment magnetyczny nie jest związany z rzeczywistym „wirowaniem” elektronów. Niesparowane elektrony mają tendencję do zwiększania zdolności materiału do magnetycznego, ponieważ momentu magnetycznego elektronu nie można całkowicie anulować, gdy występują „dziwne” elektrony.
Protony i neutrony w jądrze mają również moment pędu orbitalnego i spinowego oraz momenty magnetyczne. Jądrowy moment magnetyczny jest znacznie słabszy niż elektroniczny moment magnetyczny, ponieważ chociaż moment pędu jest inny cząstki mogą być porównywalne, moment magnetyczny jest odwrotnie proporcjonalny do masy (masa elektronu jest znacznie mniejsza niż masa protonu lub neutron). Słabszy jądrowy moment magnetyczny odpowiada za jądrowy rezonans magnetyczny (NMR), który jest wykorzystywany do obrazowania rezonansu magnetycznego (MRI).