عند وضع الذرات داخل مجال مغناطيسي تتغير خصائصها الطاقية والمغناطيسية فتنقسم مستويات الطاقة إلى مستويات فرعية مما يؤدي إلى انقسام خطوط الطيف ومدى امتصاصها وانبعاثها. تتحرك عزومها المغناطيسية بالدوران حول اتجاه الحقل بسرعة ثابتة تعتمد على خواص الذرة، وتظهر استجابات مغناطيسية متنوعة مثل البارامغناطيسية والديامغناطيسية تبعاً لتركيب الإلكترونات. في تجارب متخصصة تنفصل مسارات الذرات بحسب حالة عزمها المغناطيسي، مما يتيح فصل حالات كمية مختلفة وملاحظة فروق طيفية ومغناطيسية دقيقة تُستخدم في تقنيات القياس والتصوير والتحليل الطيفي والمغناطيسي.