Haremos aquí una interpretación simplificada con referencia al modelo actual mecano-cuántico del átomo. Dicho modelo atribuye a los electrones en el átomo propiedades magnéticas por dos motivos:

- En primer lugar, considera que los electrones en su movimiento dentro del átomo, aunque no se les puede atribuir una órbita definida, equivalen a una corriente eléctrica y, por tanto, producen un campo magnético. En 1896 Zeeman (1865-1943) y Lorentz (1853-1928) pusieron en evidencia este hecho cuando comprobaron que la acción de un campo magnético exterior produce en el átomo un desdoblamiento de las líneas espectrales  asociadas a cada tipo de orbital, s, p, d o f  (efecto Zeeman).

El tercer número cuántico, o número cuántico magnético, m, se introdujo para dar cuenta de este hecho y puede tomar un número impar de valores, correspondientes a las diferentes orientaciones que puede adoptar el campo magnético de cada tipo de orbital cuando se ejerce sobre el átomo un campo magnético externo. La figura adjunta recuerda los desdoblamientos del subnivel para l=2, u orbital de tipo d. En este caso, m, puede tomar cinco valores, desde -l hasta +l (-2, -1, 0, 1, 2), lo que implica que hay que considerar 5 orbitales de tipo, d, y otras tantas orientaciones del pequeño imán a que equivalen.

- Adicionalmente, el modelo cuántico del átomo considera al electrón en sí mismo como un objeto no puntual que produce campo magnético. Cada uno de los dos electrones que pueden conformar un orbital sólo puede tener una entre dos orientaciones magnéticas opuestas. Este efecto es más intenso que el anterior. 

Este hecho se puso en evidencia cuando se observó un segundo desdoblamiento de las líneas espectrales que produce un doblete (dos líneas) para cada orbital (efecto Zeeman anómalo). El estudio de estos dobletes indujo en 1925 a Uhlenbeck (1900-1988) y Goudsmit (1902-1978) a introducir el cuarto número cuántico, o espín, s, que puede tomar dos valores (+1/2 o -1/2).