בראשית המאה השבע עשרה, גילו לראשונה שכדור הארץ הוא מגנט אחד גדול המייצר את הכוח המגנטי המתבטא במחט המצפן. במאה התשע עשרה הגיעו להבנה איך נוצר הכוח המגנטי והקווים המגנטיים שהשפעתם רבה גם מעבר לכדור הארץ.

בליבה העמוקה של כוכב ארץ, יש חום רב, היוצר זרמים חשמליים בחומר מתכתי נוזלי ושדה מגנטי מסביבם. משערים שהמגנטיות של כדור הארץ נוצרת כתוצאה מסיבוב וחיכוך של הגלעין החיצוני הנוזלי בגלעין הפנימי המוצק.

מצב זה דומה לפעולתו של דינמו היוצר זרם חשמלי באותה הדרך. הגלעין העמוק ביותר בכדור הארץ, מורכב מהיסודות ברזל וניקל עם קצת קובלט, במצב צבירה מוצק. מסביב לגלעין זה, נמצאת שכבת מאגמה נוזלית ומסביבה נמצאת שכבה דקה מאוד של קרום כדור הארץ.

הגלעין הכי פנימי נשאר מוצק, על אף היותו נתון בטמפרטורה של 6000 מעלות צלזיוס, בגלל הלחץ  הרב המופעל עליו. מקור החום הרב הוא כוח הכובד היוצר לחץ עצום ההופך לאנרגיה של חום.    

במהלך סיבוב כדור הארץ על צירו, יוצרים הזרמים החשמליים את הקטבים המגנטיים שלו. הקוטב החיובי והשלילי לא נשארו קבועים לאורך ההיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ. היו הרבה היפוכים מגנטיים, בגלל תנודות בצירים המגנטיים, שנגרמו ממערבולות הזרמים החשמליים בגרעין האדמה ובמעטפותיה.

תהליכי ההיפוך מתרחשים פעם בעשרות אלפי שנים עד פעם בעשרה מיליון שנים. מבדיקה של סלעי בזלת בצפון הארץ, שגילם נע בין מאה אלף שנים לארבעה מיליון שנים (מאז שהתפרצו מהרי געש), התברר שבתקופה זו היו לפחות עשרה היפוכים מגנטיים. סלעי בזלת בנויים ממינרלים המכילים אטומים ומולקולות ברזל המסודרים כמגנטים.

כאשר הלבה הנוזלית מתפרצת אל פני האדמה, המינרלים המכילים ברזל (שהוא פולארי),  מסתדרים בכיוון צפון דרום של כדור הארץ  בתקופה שבה הייתה ההתפרצות. מכאן שאפשר למצוא בשטח סלעי בזלת שהכיוון המגנטי שלהם הפוך מהקיים כיום. תופעה זאת נראית בברור כאשר מניחים מצפן על סלעי בזלת שונים.