指南針是我國的四大發明之一。東漢王充《論衡》中說“司南之杓，投之于地，其柢指南”，是早期對司南比較清楚的描述。考古學家根據古代文獻的描述復原了司南，但是這是不是指南針的雛形，學術界還有很大的爭議。
但是沒有爭議的是，在元代，指南針已經開始應用于航海等人類活動中。指南針的基本原理就是一個可以自由旋轉的小磁針，在地磁場的作用下，小磁針一端指南，一端指北。 指南的一端就被稱為南極（S極），指北的一端就被稱為北極（N極）。一般我們把指北的一端涂成紅色，所以也有人把指南針叫做指北針。
指南針為什么能指南北呢？這是因為地球具有磁場。
我們知道：磁鐵有兩極，N極和S極，而且同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。也就是說：我們用一個磁鐵的N極靠近另一個磁鐵的S極，就會發現二者相互吸引。如果用一個磁鐵的N極靠近另一個磁鐵的N極，就會發現二者相互排斥。
為了理解磁鐵間的這種作用，人們引入了磁場的概念。磁場是存在于磁體周圍的一種看不見摸不著的物質，這種物質的作用是對磁鐵有力的作用。也就是說：一個磁鐵會在周圍空間產生磁場，而這個磁場就會對另一個磁鐵有力的作用。如果在磁鐵周圍放置一堆小磁針，那么小磁針的N極（下圖中紅色部分）指向就會與磁場方向相同。也就是說：在磁體外部，磁場是從磁體的N極指向磁體的S極。
人們根據指南針在地球表面可以指南北的特點，推斷出地球是具有磁場的，這就稱為地磁場。地球的磁場與條形磁鐵的磁場非常像。根據小磁針N極向北指的特點，人們分析出地磁場的的方向是從南向北的，這就得出了地磁場的N極其實在地理南極附近，而地磁場的 S極在地理北極附近，地磁南北極與地理南北極是相反的。
而且，地磁南北極與地理南北極也并不是完全重合的，而是存在著一個夾角，稱為地磁偏角，中國的科學家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”是世界上最早的關于磁偏角的記錄。現代指南針都通過技術手段修正了這個偏角。
那么，地球為什么能夠產生磁場呢？這個問題更加普遍的問法是：磁場到底是怎么產生的？
最初，人們認為電與磁是完全不相關的現象。但是隨著人類認識自然越來越深入，逐漸發現了電與磁可能是相關的，最典型的就是被閃電劈過的鐵礦石可能具有磁性。人們想到，也許電可以產生磁。
丹麥物理學家奧斯特第一個發現了電流與磁場之間的聯系。
1806年，他應聘哥本哈根大學教授，每個月他都會給學生準備一節特別的課程，用來介紹科學界的最新成果。在有一次講課時，他發現當用通電導線靠近指南針時，指南針發生了轉動。他和他的學生共同見證了這一歷史時刻，但是他當時并沒有對這種現象給出解釋。經過幾個月的思索，他終于明白了：電流可以產生磁場，而磁場可以對小磁針有力的作用。人們正式把電和磁聯系在一起。
為了紀念奧斯特，丹麥政府把哥本哈根市中心的公園命名為奧斯特公園，里面豎立著奧斯特的雕塑。美國物理教師協會還特別設立了奧斯特獎章，來獎勵優秀物理教師。
人們仔細研究了各種形狀的通電導線形成的磁場。比如：通電直導線周圍的磁場是同心圓環，并且與導線中電流方向成右手螺旋定則。也就是說：右手握住導線，大拇指指向電流方向，四指的繞向就是磁場方向。
另外還有一種典型情況：通電螺線管。就好像在一根彈簧上通電，所產生的磁場與條形磁鐵的磁場很類似。判定方法依然是右手螺旋定則：右手握住螺線管，四指方向與電流方向相同，則大拇指指向螺線管相當于的條形磁鐵的N極。
如果這個螺線管只有一圈，就變成了通電圓環，它的磁場也類似于條形磁鐵，判定方法還是右手螺旋定則。
法國物理學家安培最早對這個問題形成了清晰的認識，所以右手螺旋定則也稱為安培定則。
安培詳細研究了各種通電導體的磁場，并提出了導線中電流與其產生磁場之間的定量關系，即安培定律。后來，著作《關于電動力學現象之數學理論的回憶錄》出版，電動力學作為一個新名詞登上了科學的舞臺。
安培不滿足于研究電流的磁場，他進一步思考：既然各種電流都產生相應的磁場，那么永磁體——例如磁鐵， 它的磁場是如何產生的呢？
安培產生了一個大膽的想法：也許磁體內部也有電流，是這些電流形成了磁體的磁場。這就是著名的安培分子電流假說。
安培認為：在磁體內部可能存在著很小的環形電流， 稱為分子電流。每個分子電流都有N極和S極。如果這些分子電流的取向是雜亂無章的，那么磁場彼此抵消，宏觀上就沒有磁性。但是如果在外界磁場的作用下，分子電流的取向變得大致相同，那么宏觀上就表現出磁場，兩段形成磁極。
在安培的時代，人們并不清楚組成物質的原子是什么樣的，更不知道原子里面有原子核和電子，所以安培的這種說法只能 停留在“假說”階段。現在的科學界認為，電子圍繞原子核的運動和電子的自旋具有磁場，安培分子電流假說是具有一定正確性的。
既然磁體的磁場也是由于電流產生的，人們總結出一個結論：一切磁現象都是由于電流產生的，或者叫一切磁現象都有電本質。
那么，地球的磁場究竟是什么原因產生的呢？對于這個問題，科學界還沒有統一的認識。有人認為，在地球內部的巖漿流動會造成電流，產生地磁場；也有人認為在大氣中存在電荷，大氣運動會造成電流，產生磁場。但無論如何，地球的磁場也一定是由于電流產生的。
其實，地球磁場并不是一成不變的，地磁南北兩極每時每刻都在緩慢移動，而且在歷史行地球磁場的南北極調換過多次，上一次調換是在78萬年前。地磁場對生命有重要意義，例如它可以防止太陽風中的各種射線直接射向地球表面，從而保護地球的生命。一些生物可能需要磁場進行導航。如果磁場發生巨大變化，那么一定會對生物產生巨大的影響，甚至能造成生物的大滅絕呢。
