Aufgrund des magnetischen Moments ihres Spins repräsentieren Elektronen Elementarmagnete, die Paramagnetismus verursachen. Das magnetische Bahnmoment der Elektronen verursacht Diamagnetismus. Die Magnetisierung eines Paramagneten in einem äußeren Magnetfeld wird klassisch durch die Langevin-Funktion beschrieben, die im Fall der Quantisierung durch die Brillouin-Funktion zu ersetzen ist. In einem Ferromagnet ordnen sich die Elementarmagnete spontan entlang einer bestimmten Richtung. Die erste quantenmechanische Theorie des Ferromagnetismus stammt von Heisenberg und basiert auf der Austauschwechselwirkung der Elektronen von zwei Atomen. Die perfekte Ordnung der Elementarmagnete kann durch die thermische Anregung von Spinwellen gestört werden. Spinwellen tragen auch zur spezifischen Wärme bei und beeinflussen die elektronischen Transporteigenschaften. Neben der ferromagnetischen Ordnung sind auch andere Formen der magnetischen Spinordnung möglich wie zum Beispiel der Antiferromagnetismus. Die Fortschritte in der Herstellung von hochgenauen Vielschicht-Strukturen in der letzten Zeit haben zu wichtigen technischen Anwendungen des Riesenmagnetwiderstands und zur Geburt des neuen Gebiets der Spintronik geführt.