1950年，法国物理学家A.卡斯特勒（A.Kastler）首次实现光泵作用。在20世纪60年代中后期，以铷和铯为工作物质的碱金属光泵磁力仪研制成功。截至2020年，加拿大已研制出CS-3型铯光泵磁力仪，美国已研制出G88X系列海洋磁力仪。

与自激式光泵磁力仪结构相似，由泵浦光源、透镜、滤光片、起偏器、射频场线圈、原子气室、光电检测器、放大器、移相器、加热电路、频率计等组成。

铯灯发出的光谱经滤光片后得到894.3纳米特定光谱，经过偏振片和1/4波片变为圆偏光后进入气化后的铯原子吸收室发生光泵作用，使得铯原子团中在能级6²P_1/2的m_F=+4上实现偏极化。当外部射频场频率与拉莫尔频率接近时，铯原子会在塞曼能级间发生跃迁，打乱偏极化状态，发生磁共振。铯光泵磁力仪通常采用自激式（又称Mx磁力仪）设计方案，当系统发生自激振荡后，磁力仪输出信号的频率除以3.5赫兹/纳特（1纳特=10^-9特斯拉）即为外界磁场值。

根据应用场合可分为航空、海洋、地面便携、日变基站光泵磁力仪。

与氦光泵磁力仪相比，系统响应快、梯度容限大是明显优势。在工程中普遍运用的各型铯光泵磁力仪，梯度容限均在20000纳特/米以上。但原子气室需要加温、转向差偏大。测量磁场的绝对精度与氦光泵磁力仪相当，在1纳特左右。均不如优于0.1纳特的钾光泵磁力仪。

自激式铯光泵磁力仪原理图