El estudio del campo magnético del pasado geológico se llama paleomagnetismo. Se basa en el hecho de que las rocas pueden adquirir una magnetización permanente cuando se forman, o cuando se refunden y posteriormente vuelven a enfriarse. Cuando las rocas se calientan pierden su magnetización, como cualquier imán al calentarlo. Cuando se enfrían, las rocas son remagnetizadas por el campo magnético terrestre. Este fenómeno, llamado magnetización remanente natural, se produce en el momento de formación de la roca paralelamente a las líneas del campo magnético terrestre. Las rocas así magnetizadas llevan consigo un registro permanente del campo, y pueden emplearse para estudiar la historia geológica del campo terrestre.

Los indicios magnéticos de la historia de la Tierra se pueden depositar en las rocas de distintas maneras. La técnica de investigación paleomagnética consiste en perforar un cilindro de roca y medir su magnetismo remanente natural. Así se obtienen las coordenadas paleomagnéticas de la muestra y, por lo tanto,  su posición original. Las coordenadas magnéticas, como las geográficas, se expresan  en latitudes magnéticas, haciendo referencia al polo magnético. Las coordenadas paleomagnéticas se refieren al polo magnético existente cuando se magnetizó la roca. Estudios  paleomagnéticos han revelado que los polos magnéticos no han estado siempre en su posición actual, sino que han “derivado” a lo largo del tiempo.

La deriva polar difiere de un continente a otro, es decir, muestras de un continente dan un patrón de deriva de los polos distinto del que dan las muestras de otro continente. Pero los polos, en un momento dado de la historia geológica, pueden coincidir para los distintos continentes si se imagina a éstos en posición distinta de la actual. Así se puede situar la progresiva deriva continental. Los resultados de esta técnica concuerdan con otros indicadores  de la deriva, como el crecimiento del fondo oceánico y los indicios de climas antiguos  muy distintos demostrables gracias a las rocas y sus fósiles. El paleomagnetismo es útil para investigar la deriva continental.

Algunas rocas formadas con pequeñas diferencias  de tiempo tienen polaridad magnética  opuesta. Esto no se puede explicar por una rotación de 180° de un continente, porque no hubo tiempo suficiente para ello. Por eso, el campo magnético debe de haber sufrido un cambio de sentido de su polaridad magnética, como cuando se invierte la dirección de la corriente  de una bobina. Este cambio se llama inversión. Las inversiones marcan los límites de períodos, de duración variable en el tiempo geológico, en los que el campo magnético  mantuvo polaridad constante. Datando  las inversiones (mediante el estudio de la desintegración de los isótopos radiactivos de las rocas), el geólogo dispone de una escala paleomagnética del tiempo. Esta escala sirve para datar otras rocas, al analizarse su magnetización remanente. La comparación de esta escala con las “anomalías magnéticas“  del fondo oceánico confirmó la teoría del crecimiento de los fondos oceánicos.

Es máxima en los polos y mínima en las zonas ecuatoriales. Si el campo fuera simplemente el de una barra magnética situada en el centro de la Tierra y paralela al eje de rotación, las líneas de igual intensidad seguirían los paralelos de latitud y los polos magnéticos coincidirían con los geográficos. En realidad, el campo “dipolo” y los polos geomagnéticos están inclinados unos 11° respecto al eje de rotación y a los polos. Por otra parte, tampoco el campo real es simplemente el de un imán. Los “polos de inclinación“, en los que la dirección del campo es vertical (hacia abajo en el polo de inclinación Norte y hacia arriba en el Sur), están desplazados de los polos geomagnéticos; uno está más desplazado que el otro, de tal modo que ambos no son exactamente antípodas. Los polos y la configuración  del campo van cambiando lentamente a lo largo del tiempo.

La Tierra tiene un fuerte campo magnético Si se suspende una barra magnética de un hilo, se orientará apuntando un extremo  al polo Norte magnético terrestre y el otro al polo Sur magnético. Se comportaría igual que si se le aproximara otra barra magnética o una espiral de alambre por la que pasa una corriente eléctrica.

A causa del movimiento de rotación de la Tierra sobre su eje, la capa fluida del núcleo externo induce al manto y a la corteza sólida a girar relativamente más rápidos que el nú­cleo interno. Como consecuencia, los electrones del núcleo se mueven respecto a los del manto y la corteza. Este movimiento de los electrones constituye una dinamo natural, que produce un campo magnético similar al producido por una bobina

El eje magnético terrestre se encuentra ligeramente inclinado respecto al eje geográfico [Clave]: está desviado unos 11º; y los polos magnéticos no coinciden con los polos Norte y Sur geográficos. El eje magnético terrestre cambia continuamente su ángulo respecto  al eje geográfico, pero considerando un largo período —varias decenas de miles de años— se establece una posición promedio.

Una brújula señala un punto situado a cierta distancia de los polos Norte y Sur geográficos. La diferencia, llamada declinación magnética varía según el lugar. Las pequeñas variaciones en el magnetismo terrestre se deben probablemente a turbulencias o torbellinos producidos en el núcleo externo, en el limite núcleo-manto. Grandes masas de rocas y metales magnetizados en la corteza pueden tener un efecto similar.

El campo magnético terrestre también puede resultar modificado por el bombardeo de partículas cargadas eléctricamente y que provienen del Sol. Éstas llegan a la atmósfera superior y producen pequeñas variaciones del campo magnético a nivel del suelo. Algunas variaciones son regulares, como la variación diurna (día y noche); otras son ocasionales,  como las tormentas magnéticas.