固体地球是一个磁化的球体，其磁力线特征类似于偶极场的特征。地磁轴与地球自转轴并不重合，二者约成11.5°的交角。地磁极的位置不固定，是动态变化的。

地磁场的方向（两磁极的极性）在地球的演化史中曾多次发生反转。地球的北磁极现在是S极，但在100万年以前却是N极。地磁极性倒转的发现，是古地磁学的主要研究成果之一。地磁极性倒转的现象是从岩石磁性的测量和古地磁场的研究中发现的。P.达维德（1904）和B.布容（1906）最先从熔岩中发现了磁化方向与现代地磁场方向相反的岩石，后在世界各地都找到反向磁化的岩石样本。研究结果表明，不同地质年代的岩石，有的是正向磁化的（即同现代地磁场方向相同），也有的是反向磁化的，而且正向的和反向的几乎各占一半。还发现这种磁化方向的颠倒在地质年代的时间上具有很好的全球一致性。这种现象的唯一合理解释是地磁场曾多次发生过极性倒转。20世纪60年代以后，由于深海钻探和海洋磁测的发展，发现大洋中脊两侧对称地排列着正、反向磁化相间的磁异常条带，证明了海底地壳从中脊向两侧扩张，同时也进一步证明了地磁极性倒转确曾发生过多次。这一研究成果为人们普遍接受。地磁倒转是地球磁极在地质时期中的交替现象。

20世纪50年代以来，大量的研究表明，由同一大陆、同一地质时代的岩石标本得出的古地磁极位置基本一致。但由不同大陆、同一地质年代的岩石标本得出的古地磁极位置却往往不同。将同一大陆不同地质年代所得到的古地磁极位置连成的曲线称作极移曲线。它只是一种表观现象，而不是真实过程，因此又称作视极移曲线。实际上视极移曲线反映了大陆在不同地质年代的位置发生的变动。由此可以追溯各个大陆的运动历史和它们之间的相互关系。古地磁极移第一次为地壳水平运动提供了强有力的证据，从而导致了沉寂多年的大陆漂移学说的复活，并为板块构造学说的建立提供了实验证据。这方面的成就引起了地学家的极大重视，也促进了古地磁学的迅速发展。古地磁学是20世纪60～70年代地磁学中最活跃的领域。各个大陆所测得的古地磁极移，是板块大地构造学说的重要支柱。

从20世纪60年代起，通过对陆地上新世以来各种熔岩的古地磁和同位素年龄测定，已查明4.5百万年（Ma）以来地磁场的极性变化历史，编制成这一时期的极性年代表。后来通过对海洋条带状磁异常的研究，以及对深海钻探泥心所作的测量，进一步证明上述年表的正确性。

地磁场的极性倒转，可以被热剩磁（thermoremanent magnetization; TRM）和化学剩磁（chemical remanent magnetization; CRM）等记录下来。如果在一个连续沉积的剖面上系统地取样，测量样品的剩余磁化强度极性，然后，按地层层序做图，即可得出该剖面的极性柱状变化图，将其与地磁极性年表分析对比，即可确定各层位的年代。