以地表低纬地区磁场水平分量H（见地磁要素）在一到十几个小时内的急剧下降和在随后的几天内的逐渐恢复为主要特征。磁场扰动幅度通常在几十纳特与数百纳特之间，通常需要在地磁台用专门仪器做系统观测才能发现（见地磁测量）。一般用磁暴环流指数（Dst指数）作为磁暴强度的度量。磁暴主要由太阳风能量输入磁层所导致，其发生与太阳活动密切相关，当太阳活动增强时，一个月可能发生数次磁暴。有时，一次磁暴发生27天（一个太阳自转周期）后，又有磁暴发生。这类磁暴称为重现性磁暴，重现次数一般为一或二次。

19世纪30年代，德国的J.C.F.高斯（Johann Carl Friedrich Gauss）和W.E.韦伯（Wilhelm Eduard Weber）建立地磁台站，发现了地磁场经常有微小的起伏变化。1847年，地磁台开始有连续的记录。1859年9月1日，英国的R.C.卡林顿(Richard Christopher Carrington)在观察太阳黑子时，用肉眼首先发现了太阳耀斑。第二天，地磁台记录到高达700纳特的磁场剧烈扰动。这个偶然的发现认识到了磁暴与太阳耀斑有关的信息。20世纪初，挪威的K.伯克兰（Kristian Birkeland）利用第一次国际极年（1882～1883年）的极区观测资料，分析出引起极光带磁场扰动的电流主要位于地球上空，而不在地球内部。为解释这个电流的起源以及它和极光、太阳耀斑的关系，K.伯克兰和F.C.M.斯托末（Fredrik Carl Mülertz Størmer）相继提出了太阳微粒流假说。20世纪30年代，英国的S.查普曼（Sidney Chapman）等在其磁暴理论中提出了地磁场被太阳粒子流压缩的假说。这一假说随后被观测所证实。在50年代之后，实地空间探测不但验证了磁暴起源于太阳粒子流的假说，并且发现了磁层，认识了磁暴期间磁层各部分的变化。通过对磁层环电流粒子的探测，把磁暴概念扩展成了磁层暴。作为同一现象的不同名称，磁暴和磁层暴强调了这一现象的不同侧面。尽管引起磁暴的是磁层的环电流，但通常按传统概念对磁暴形态的描述仍以地面地磁场的变化为代表。

在磁暴发生期间，地磁场的各个分量都有明显变化。磁暴进程多以磁场水平分量H的变化为代表。大多数磁暴开始时，在全球大多数台站的地磁水平分量呈现出一个陡然上升。在中低纬度台站，其上升幅度约10～20纳特。称为磁暴急始，记为SSC（Sudden Storm Commencement）或SC（Storm Commencement）。有急始的磁暴称为急始型磁暴。高纬台站急始发生的时刻较低纬台站超前，时间差不超过1分钟。 

磁暴一般可分为3个阶段。①磁暴急始之后的数小时之内，磁场水平分量高于平静值，但增大的幅度不大，一般为数十纳特，称为磁暴初相。②随后，水平分量很快下降到极小值，下降时间约半天。在此期间，磁照图起伏剧烈，称为磁暴主相。通常所说磁暴强度，即指这个极小值与平静值之差的绝对值。③水平分量下降到极小值之后开始回升，两三天后恢复平静，称为磁暴恢复相。磁暴总的效果是使地面地磁场减小。这一效应一直持续到恢复相之后的两三天，称磁暴后效。需要说明的是，并不是所有的磁暴都有这一完整过程。有的磁暴没有急始，称缓始型磁暴。这类磁暴主要靠磁照图的起伏和主相下降来判别。

磁暴主要发生在太阳活动增强期间，由太阳风能量输入磁层所导致。当太阳日冕抛射事件发生时，抛射物前缘常常可形成行星际激波，并以约1000千米/秒的速度前行，经过一天时间到达地球。行星际激波也可在太阳风高速流的前缘形成。当激波扫过地球时，由于激波中的太阳风压力骤增，磁层可被突然压缩，造成磁层顶地球一侧的磁场迅速增强。这种变化通过磁流体波传到地面，表现为地面磁场增强，即磁暴急始。急始之后，磁层被压缩，与此同时磁层对流增强，等离子体层收缩，收缩剧烈时，等离子体层顶可以近至距地面2～3个地球半径。如果激波之后的太阳风参数比较均匀，则急始之后的磁层可保持一段相对稳定的被压缩状态，这对应于磁暴初相。磁暴主相时，环电流区粒子通量增加，增强了的环电流造成在地面磁场H分量的下降。磁暴主相的幅度与环电流粒子的总能量成正比。当磁暴幅度为100纳特时，环电流粒子能量可达4×10¹⁵焦耳。这就是一次典型的磁暴中磁层从太阳风所获得并耗散的总能量。由于磁层波动对粒子的散射作用，以及粒子的电荷交换反应，环电流粒子会缓慢消失。随着环电流强度开始减弱，磁暴进入恢复相。

在所有空间物理观测项目中，地面磁场观测最简单可行。由于磁场观测点可以同时覆盖全球的陆地表面，同时也易于连续和持久进行观测，因此磁暴的地面观测是了解磁层最基本、最有效的手段。在研究日地空间的其他现象时，都要参考代表磁暴活动情况的磁情指数，用以进行数据分类和相关性研究。磁暴和其他空间现象的关系，特别是磁暴与太阳风状态的关系，磁暴与磁层亚暴的关系，以及磁暴的诱发条件，供应磁暴的能量如何从太阳风进入磁层等问题，仍是磁层物理最活跃的课题。磁暴是最为重要的空间天气现象之一。磁暴期间地球辐射带会产生扰动，影响航天器的安全。磁暴期间会出现电离层暴，可能干扰短波无线电通信；引起的地面感应电流可能会影响输油、输电线路的安全，干扰电工、磁工设备的运行；还有可能干扰各种磁测量工作。因此部分工业和实用部门也希望得到磁暴的预报和观测资料。