这种现象在地球的演化史上已发生过很多次。地磁场由环型场和极型场组成，环型场局限于地核内部，无法直接观测；而在地表以上观测到的是地磁的极型场部分，其中90%为偶极子磁场，这是地磁场具有南北极的原因。地磁极倒转实际上指示着地磁场的整体翻转。

20世纪初，法国和日本地球物理学家B.布容（Bernard Brunhes）和松山基范（Motonori Matuyama）分别发现，一些古老火山岩的磁化方向与现在的磁场方向是相反的，由此他们提出了地磁极性倒转的假说，其后得到了洋底地磁条带异常和全球古地磁研究的进一步证实。

地磁场随着时间在不断演化，基本上保持着相对的稳定性。在稳定期内，地磁场发生的长期变化不太剧烈，这些变化主要包括地磁强度的改变、地磁漂移和非偶极磁场的西向漂移等。但每隔10～100万年，地磁场便会发生一次完全的极性倒转，周期不固定，随后又进入一个极性反向的稳定期。综合分析世界各地、各地质年代样品的磁化数据，可以制作出一份表示地磁极性的年表。年表中，距离现在最近的一次地磁倒转发生在78万年前，称为布容—松山倒转，并称最近的78万年为布容正向期，地磁倒转前为松山反向期（2.59～0.78百万年），更早的则有高斯正向期（3.59～2.59百万年）和吉尔伯特反向期（5.35～3.59百万年）等。

一般认为，完成一次地磁倒转过程的时间大约需要几千年。地磁倒转发生时，地球总磁场和偶极场的强度将显著降低，而多极子场（非偶极子场）将得到增强，从而更加突出了非偶极子场，在地球表面将会出现多个随机分布的磁极。

地磁极性倒转的原因尚不确定。一种观点认为，地磁倒转是由于液核发电机磁流体动力学过程的非线性不稳定性所导致的，类似于太阳磁场的倒转，并不需要外界因素的触发。在地球发电机的数值模拟和旋转磁流体实验中，已经多次再现了磁场随机性的自发倒转现象。不过由于数值模拟和实验是复杂地球的简化，采用的参数也远未达到地球的真实值，结果的可信度仍待检验。另一种观点认为，地磁倒转受到了地幔甚至板块运动的控制，因为研究发现，核幔边界的热流分布、地幔对流格局、地幔柱的生成和消亡、下地幔电导率分布、大陆板块相对赤道的不对称性等因素都直接或间接地影响着液核的磁流体动力学过程，因而也影响着地磁场的倒转。