通常の経験に反して、いくつかの理論物理学のモデルでは磁気単極子（モノポール）の存在を予言している。1931年にポール・ディラックは、電気と磁気にはある種の対称性があるため、量子論によって単独の正あるいは負の電荷の存在が予言されるのと同様に、孤立したS極あるいはN極の磁極も存在するはずだ、と述べた。しかし実際には、荷電粒子は陽子と電子のように個々の電荷として容易に孤立して存在できるが、SとNの磁極はばらばらには現れない。ディラックは量子論を用いて、もしも磁気単極子が存在するならば、なぜ観測される素粒子が電子の電荷の整数倍の電荷しか持たないのか、という理由を説明できることを示した。なお、クォークは分数電荷を持つが、自由粒子としては観測されない。
現代の素粒子論では、電荷の量子化は非可換ゲージ対称性の自発的破れによって実現されるとされている。現在のある種の大統一理論で予言されているモノポールはディラックによって考えられた元々のモノポールとは異なることに注意する必要がある。今日考えられているモノポールはかつての素粒子としてのモノポールとは異なり、ソリトン、すなわち局所的に集まったエネルギーの「束」である。こういったモノポールが仮にも存在するとすれば、宇宙論の観測結果と矛盾することになる。宇宙論の分野でこのモノポール問題を解決する理論として考えられたのが、現在有力とされているインフレーションのアイデアである。
物体が磁性を持つ物理的原因は、電流の場合とは異なり、原子に生じる磁気双極子である。原子スケールでの磁気双極子、あるいは磁気モーメントは、電子の2種類の運動によって生じる。1番目は原子核の周りを回る電子の軌道運動である。これは電流のループと見なすことができ、原子の軸方向に軌道磁気モーメントを生じる。2番目の、もっとずっと強い磁気モーメントの源は、スピンと呼ばれる量子力学的な性質である。これはスピン磁気モーメントと呼ばれる（ただし現代の量子力学の理論では、電子が実際に物理的に自転したり原子核の周りを軌道運動したりするとされているわけではない）。
原子の全体的な磁気モーメントは、個々の電子の磁気モーメントの総和になる。磁気双極子は互いに反発して正味のエネルギーを小さくしようとするため、軌道運動においてもスピン磁気モーメントにおいても、いくつかの電子のペアが持つ反対向きの磁気モーメントは互いに打ち消しあう。このため、電子殻や副殻が完全に満たされている原子では磁気モーメントは通常は完全に打ち消される。磁気モーメントを持つのは電子殻が部分的に満たされている原子だけであり、その強さは不対電子の数で決まる。
そのため、様々な元素ごとの電子配置の違いが原子の磁気モーメントの性質や強さを決めており、また様々な物質の磁気的な特性の違いをも決めている。様々な物質で以下のようないくつかの形態の磁気的な振る舞いが見られる。
反磁性
常磁性
分子磁石
強磁性
反強磁性
フェリ磁性
メタ磁性
スピングラス
超常磁性
マグネターと呼ばれる非常に強い磁場を持つ星も存在すると考えられている。
SIの電磁気の単位名称記号次元物理量
アンペア（SI基本単位）AA電流
クーロンCA・s電荷・電気量
ボルトVJ/C = kg・m2・s?3・A?1電圧・電位
オームΩV/A = kg・m2・s?3・A?2電気抵抗・インピーダンス・リアクタンス
オーム・メートルΩ・mkg・m3・s?3・A?2電気抵抗率
ワットWV・A = kg・m2・s?3電力・放射束
ファラドFC/V = kg?1・m?2・A2・s4静電容量
ファラド毎メートルF/mkg?1・m?3・A2・s4誘電率
逆ファラド（ダラフ）F?1kg1・m2・A?2・s?4エラスタンス
ボルト毎メートルV/mkg・m・s?3・A?1電場（電界）の強さ
クーロン毎平方メートルC/m2C/m2= m?2・A・s電束密度
ジーメンスSΩ?1 = kg?1・m?2・s3・A2コンダクタンス・アドミタンス・サセプタンス
ジーメンス毎メートルS/mkg?1・m?3・s3・A2電気伝導率（電気伝導度･導電率）
ウェーバWbV・s = kg・m2・s?2・A?1磁束
テスラTWb/m2 = kg・s?2・A?1磁束密度
アンペア（アンペア回数）AA起磁力
アンペア毎メートルA/mm?1・A磁場（磁界）の強さ
アンペア毎ウェーバA/Wbkg?1・m?2・s2・A2リアクタンス
ヘンリーHWb/A = V・s/A = kg・m2・s?2・A?2インダクタンス