ในแม่เหล็กแรงแม่เหล็กจะกระจุกตัวที่ปลายและทำให้อ่อนแอลงตรงกลาง ปลายแรงแม่เหล็กเหล่านี้เรียกว่าเสาแม่เหล็ก แม่เหล็กมีเสาสองขั้วซึ่งมีความแข็งแรงเท่ากัน โลกยังมีขั้วแม่เหล็ก เข็มทิศทำงานได้เนื่องจากแม่เหล็กในเข็มทิศตอบสนองต่อแรงแม่เหล็กของโลก
แท่งแม่เหล็กธรรมดาที่อนุญาตให้หมุนได้อย่างอิสระจะจัดแนวตัวเองกับขั้วแม่เหล็กทิศเหนือและทิศใต้ของโลก แม่เหล็กบางอันถูกทำเครื่องหมายด้วย N ที่ปลายด้านหนึ่งและ S ที่อีกด้านหนึ่ง นี่เป็นเพราะจุดสิ้นสุด N จะชี้ทิศเหนือเสมอในขณะที่จุดสิ้นสุด S จะชี้ทิศใต้เสมอ หากวางแม่เหล็กสองอันไว้ข้างกันปลาย N ของแม่เหล็กแรกจะดึงดูดปลาย S สองในขณะที่ปลาย N จะผลักกัน
การดึงขั้วแม่เหล็กของโลกนั้นแรงมากจนแม่เหล็กจะเรียงตัวกับขั้วเสมอไม่ว่าจะอยู่ห่างจากพวกมันมากแค่ไหน ควรสังเกตว่าขั้วเหนือแม่เหล็กของโลกไม่สอดคล้องกับขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์อย่างสมบูรณ์ สนามแม่เหล็กทิศเหนือนั้นอยู่ห่างจากทิศเหนือไปทางภูมิศาสตร์ประมาณ 15 องศา
เป็นเวลาหลายพันปีที่ผู้คนใช้ขั้วแม่เหล็กของโลกเพื่อช่วยนำทาง เข็มทิศนั้นเป็นเข็มที่หมุนได้อย่างอิสระ เนื่องจากเข็มถูกทำให้เป็นแม่เหล็กมันจะชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ เมื่อทราบว่าทิศทางใดที่อยู่ทางทิศเหนือนักสำรวจและนักเดินทางสามารถทราบทิศทางที่พวกเขากำลังจะไป การกล่าวถึงเข็มทิศครั้งแรกนั้นทำขึ้นโดยชาวจีนโบราณประมาณ 210 ปีก่อนคริสตศักราช
มีทฤษฎีที่แตกต่างกันสองสามข้อที่อธิบายว่าทำไมแม่เหล็กถึงมีพฤติกรรมเหมือนกัน เก่ากว่าของทั้งสองเป็นทฤษฎีของเวเบอร์ มันระบุว่าสารแม่เหล็กทำจากโมเลกุลแม่เหล็กเล็ก ๆ เมื่อปล่อยไว้ตามลำพังโมเลกุลเหล่านี้จะชี้ไปในทิศทางที่ต่างกันทั้งหมด หากแม่เหล็กถูกดึงลงบนวัสดุหลาย ๆ ครั้งที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันโมเลกุลจะเรียงตัวกันเป็นชุดของแม่เหล็กเล็ก ๆ จากเหนือจรดใต้ซึ่งจะสร้างขั้วแม่เหล็กที่ปลายทั้งสองของโลหะ
ทฤษฎีที่คล้ายกัน แต่มีความซับซ้อนมากขึ้นอาศัยความรู้ที่ว่าอิเล็กตรอนมีสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนเป็นหน่วยเล็ก ๆ ที่โคจรรอบอะตอม อะตอมทุกอะตอมมีอิเล็กตรอนอย่างน้อยหนึ่งตัว ทฤษฎีโดเมนระบุว่าหากอิเล็กตรอนของอะตอมกำลังโคจรรอบในทิศทางที่ต่างกันสนามแม่เหล็กของพวกเขาจะยกเลิกซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตามหากพวกเขากำลังโคจรไปในทิศทางเดียวกันอะตอมจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก วัสดุที่เต็มไปด้วยอะตอมที่มีแม่เหล็กเป็นแม่เหล็ก
