太阳风和地球内禀磁场的相互作用，将地球磁场限制在一个类似圆柱空腔的区域，这个区域内部称为地球磁层。

地球磁层形状如图所示。圆柱空腔的半径大概为几十个地球半径大，在朝向太阳的一层，磁层边界距离地心大约为10个地球半径左右，在背阳一侧，磁层形成一个圆柱状的长尾，可延伸至离地球至少几百个地球半径。

地球磁层具有复杂的结构，包括磁层顶、极尖区、等离子体幔、磁尾瓣、中性片、等离子体片、等离子体层等。磁层的探测手段主要有两种，包括卫星原位探测和遥感成像探测。

原位探测即通过卫星搭载的载荷对实地等离子和电磁场的探测。探测等离子的参数包括离子和电子的分布函数、密度、速度、温度及压强。其中，等离子密度、速度、温度及压强这些宏观物理量统称为等离子的炬。冷等离子（0.01～1电子伏）的参数通常由朗缪尔探针探测，可以探测冷等离子的密度，温度，以及等离子体漂移速度。低能（1～10电子伏特）等离子通常用等离子静电分析仪探测，并可通过飞行时间等手段辨别出各种离子成分。磁层中能（50电子伏～500千电子伏）和高能（500千电子伏～50兆电子伏）粒子，由能量粒子探测仪测量。电磁场探测是原位探测的另一主要内容。磁层磁场的探测采用磁强计，磁场的大小从地表附近的几万纳特（nT）到电流片中的几纳特，探测范围可达正负65000纳特。磁层电场探测采用双球、电子漂移等探测手段，磁层电场大小通常为0.1～1000毫伏/米。电磁场探测的频率范围通常从非常低频DC-10赫兹（Hz）向高频延伸到几十兆赫兹。

单颗卫星的原位探测中，由于卫星的位置变化，原则上难以区分探测量的时间和空间变化。磁层原位的探测趋势是运用多卫星进行多点、多时空尺度的联合探测。2000年以后发射的磁层探测卫星星座计划有欧洲航天局的“星簇”、中欧联合的“双星”、美国国家航空航天局的THEMIS、范艾伦探测器、磁层多尺度观测（MMS）。

磁层常用的遥感成像探测包括中高能中性原子成像、气辉极光成像及X射线成像。磁层中高能中性原子通过中高能离子（比如环电流离子）和低能中性原子之间发生电荷交换，其保持了离子的运动速度，可以被中性原子成像仪遥感探测，探测的中高能中性原子一般的能量范围为几十到几百千电子伏。远紫外气辉和极光成像的探测光谱波段为120～180纳米。2023年计划发射的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE卫星）将搭载软X射线成像仪，对太阳风-磁层相互作用中产生的0.5～5000电子伏的软X射线进行遥感成像。

地球磁层示意图