地球磁场是由液态外核（主要成分为铁和镍）中发生的"地磁发电机"机制产生的。地球磁场可近似视为一个具有北极和南极的磁偶极子，由此形成环绕地球的保护性气泡——磁层。
固态内核的极高温度（约6000开尔文）产生的热通量，导致液态外核中形成热对流运动。正是内外核之间的温差驱动着这些对流运动：较热的液态金属上升，而冷却的金属下沉，从而形成对流环。这一过程类似于加热板上的水壶——壶底的热量在水中产生对流：底部受热的水上升至表面，而较冷的水则下沉。
由于地球绕轴自转产生的科里奥利效应，对流单元沿螺旋轨迹运动。 得益于地球自转的影响，混沌湍流的运动遵循某些主要路径。 科里奥利力倾向于将这些对流运动排列成平行于地球自转轴的柱状结构。 这种排列促进了洋流的全球性组织，使得磁场能够沿地球自转轴方向优先集体定向。 这有助于磁场沿近似南北轴方向对齐并保持稳定。
此外，液态金属（具有导电性）的运动会产生电流，而电流又会形成磁场。这种磁场运动与电流产生之间的关联，形成了所谓的电磁感应现象。这种正反馈机制会持续增强磁场，直至其达到一种稳定（尽管存在波动）的构型，最终构成了地球磁场。
火山岩和沉积岩中含铁矿物保留了其形成时地球磁场的方向，可作为古地磁标志。通过分析这些岩石，地球物理学家得以重建地磁反转的时间线，即磁性地层年表。这些记录表明，反转频率在地质年代中变化极大。
• 最后一次地磁极性反转，即布容-松山反转，发生在大约78万年前，标志着向当前正极性期的过渡。• 奥杜威反转发生在大约180万年前。• 松山-高斯反转发生在大约258万年前。• 高斯-吉尔伯特反转发生在大约360万年前。• 在白垩纪期间，极性保持稳定约4000万年（8300万至1.25亿年前）。这一特殊的磁稳定期被称为“白垩纪正极性超时”。• 另一个超时是基阿曼超时（石炭纪-二叠纪，约2.62亿至3.18亿年前），但极性保持反向稳定约5600万年。
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