地磁暴通常可分为三个发展阶段：初相、主相和恢复相。许多磁暴开始时地磁场水平分量增加，在1小时至几小时内大体保持不变，叫作初相。初相结束后，水平分量突然下降，半小时至数小时内下降到极小值，称为主相。此后，水平分量开始回升，两三天至一星期内恢复至暴前水平，称为恢复相。许多磁暴在初相开始时水平分量突增，这种磁暴称为急始型磁暴。初相没有急始的磁暴称为缓始型磁暴。

主相是磁暴的主要特征，其强弱通常用环电流指数Dst量度。Dst指数是在地球赤道附近经度间隔大致均匀的四个地磁台站每小时地磁水平强度变化的平均值。根据中国气象局制定的中华人民共和国国家标准，-50纳特＜Dst＜-30纳特为小磁暴，-100纳特＜Dst＜-50纳特为中等磁暴，-200纳特＜Dst＜-100纳特为大磁暴，-300纳特＜Dst＜-200纳特为特大磁暴，Dst＜-300纳特为超大磁暴。在应用中磁暴强弱有时也用Kp指数描述：小磁暴（5_-，5₀，5₊），中磁暴（6_-，6₀，7₊），大磁暴（7_-，7₀，7₊），特大磁暴（8_-，8₀，8₊），超大磁暴（9₀）。磁暴出现的频次与太阳活动相关。平均而言，一个太阳周会发生2～3次特大磁暴，8次大磁暴，400次小磁暴。而在太阳活动高年1～2月，便可发生一次大或特大磁暴。

磁暴效应最早是德国科学家A.von洪堡在1806～1807年发现的。1859年9月1～2日，全球地磁台记录到Dst高达-1760纳特的有历史记录以来最大的磁暴，称为“卡林顿磁暴”。1931年，S.查普曼和V.C.A.费拉罗首先提出，磁暴是太阳爆发后带电粒子流到达地球附近与地磁场相互作用产生的。

赤道环电流增强是磁暴主相全球地磁场水平分量减小的原因。环电流是内磁层离地心4～6个地球半径的区域内捕获带电粒子绕地球的漂移运动产生的。当行星际磁场有南向分量，并与磁层磁场持续发生磁重联时，太阳风向磁层输入的能量显著增加，磁尾对流电场增强，等离子体片中的离子受到加热和加速，注入环电流区，使环电流强度大增，其磁效应就是水平分量急剧下降，形成磁暴主相。在此期间，极光活动增强，极光带扩展并向低纬方向移动，有时甚至在中低纬都能看到极光。恢复相期间，粒子间的电荷交换和磁层波动对粒子的散射导致环电流粒子数减少，强度减弱，地磁场逐渐恢复到暴前水平。急始型磁暴起源于太阳日冕物质抛射事件。太阳日冕物质抛射事件向外喷发高速流，高速流前方有行星际激波。激波冲击磁层顶时在磁层内产生强脉冲，磁暴急始便是由这个强脉冲引起的。太阳风高速流压缩磁层，造成地磁场水平分量增加，产生磁暴初相。行星际日冕物质抛射结构内部的鞘套和磁云中存在南向磁场。当南向磁场和磁层磁场发生磁重联，并且维持一段长时间后，便产生磁暴主相。急始型磁暴一般主相大，恢复相短。缓始型磁暴与太阳风高速流共转作用区密切相关。共转作用区高速流中阿尔文波的南向磁场分量不断与磁层磁场发生磁重联，导致缓始型磁暴主相出现。缓始型磁暴主相一般幅度较小，恢复期长，且具有27天重现性。磁暴主相期间环电流内氧离子剧增。大磁暴中氧离子可能成为环电流的主要成分。在磁暴主相和恢复相期间经常有磁层亚暴出现。

磁暴期间同步高度附近辐射带高能电子通量突增，可引起卫星内部深层充电，导致卫星异常和失效。地磁场的剧烈扰动可使地面高压输电系统和输油管道受到损坏。磁暴还引发电离层暴，导致通信中断。磁暴是太阳-行星际-地球空间耦合链的关键环节之一。磁暴预报是灾害性空间天气研究的一个重要内容。