一個物體置于外界干擾（稱外場）之下，它會根據內部結構的不同而做出截然不同的響應。例如靜電感應現象，在靜電場里的金屬材料，因為內部電荷的重新分布，會在表面感應出正電荷或負電荷。如果將一個材料置于靜磁場之下，它又會做出怎樣的響應呢？
最早研究這個問題的是法國物理學家皮埃爾·居里，他發現物質對外磁場的響應是：磁化率和溫度成反比關系（居里定律）。后來，皮埃爾·外斯發現，在大部分材料里面，這個反比關系是在某個特定溫度以上才出現，于是居里定律改名為居里-外斯定律。就大部分材料而言，其磁性對外磁場的響應隨溫度降低而表現為順磁性。
從微觀上看，原子的順磁性主要來于電子自旋磁矩的貢獻，抗磁性則主要來于電子軌道磁矩的貢獻，前者一般要比后者大得多，所以許多材料中抗磁性難以體現。不過，在惰性氣體和金、銀、銅等金屬單質中都具有抗磁性，而食鹽、水以及絕大多數有機化合物呈現出很強的抗磁性。為了驗證水和有機化合物的抗磁性究竟有多強，充滿好奇心的荷蘭物理學家安德烈·海姆在他的強磁場實驗室玩起了花樣。他把一只活的青蛙放進了20特斯拉強磁場中，出現了神奇魔法—青蛙因為抗磁性而被磁懸浮起來。無獨有偶，中國的“瘋狂”科學家利用超聲波技術，也玩起了各種懸浮花樣，包括各種小昆蟲、蝌蚪、小魚。美國宇航局的科學家更是超級瘋癲地把一只10克重的活白鼠給磁懸浮起來了（圖1）。人造釹鐵硼合金的磁場強度達到1特斯拉，你不妨試試，或許用磁鐵可以隔空推動小塊黃瓜或西紅柿。
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一般來說，金屬中順磁性要比抗磁性強三倍，磁化率和溫度無關。要理解其物理根源，運用量子力學理論，泡利和朗道給出了非常直觀的解釋。按照泡利的理解，材料內部的電子本來是對稱分布的，自旋向上和自旋向下的電子數目相等，在沒有外磁場情況下不顯磁性；如果引入了外磁場，這種平衡將被打破，這時沿著磁場方向自旋的電子數目增加，而自旋和磁場方向相反的電子數目將減少，導致整體沿著磁場存在一個順磁的磁矩（稱為金屬的泡利順磁性.圖2）。朗道從電子運動方式分析，在磁場影響下電子的回旋運動會出現能量量子化（朗道能級.圖3），從而金屬導體整體能量會隨著外磁場強度周期性規律變化，相應出現抗磁性的特征（稱為金屬的朗道抗磁性）。在量子化的朗道能級影響下，隨著外磁場的增加，金屬的磁矩、電阻、比熱等物理性質會出現“量子振蕩”行為。在量子振蕩行為中，隱藏著許多尚待發現的物理，物理學家們為之仍在努力。
圖2：泡利與金屬順磁性
 圖3：朗道與量子振蕩效應 |
對電和磁的研究表明，凡是存在某些電現象，必然同時伴隨著特定的磁現象。在物理學家們忙于尋找超導材料的同時，馬克斯·普朗克的弟子沃爾特·邁斯納跟隨昂尼斯等人的腳步，于1922年在德國著手建立了當時世界第三大氦氣液化器（三年后完成）。
（邁斯納與超導體的完全抗磁性）
圖4：實驗觀測金屬錫的邁斯納效應 |
基于掌握了液氦低溫物理技術，邁斯納的超導研究于1933年終于實現了突破。他和他的學生羅伯特·奧森菲爾德在對金屬球體做磁場分布測量時發現，磁場中的錫或鉛金屬球在冷卻進入超導態時，磁力線似乎一下子從球內部被“清空”出去。由于無法直接測量超導體內部的磁場變化，他們只能按照內外磁場相反的變化行為來推斷：超導體內部的磁感應強度為零，磁力線會繞開超導體跑(圖4)。
 圖5：“理想”導體與超導體的磁性的區別 |
邁斯納效應告訴我們，超導體并不簡單地等于“理想”導體，它具有特殊的電磁性質。只有同時具有零電阻效應和完全抗磁性這兩個獨立物理性質的材料，才可以被嚴格地稱之為超導體（圖5）。前面提及的食鹽、水、甚至青蛙等都存在一定的抗磁性，但它們絕對不是超導體。超導體的完全抗磁性，要遠遠比電子軌道磁矩變化引起的抗磁性大得多，是目前發現的最強抗磁現象。超導材料一旦降溫進入超導態，就能完全抵御外磁場的入侵。
圖6：倫敦穿透深度與磁場進入超導體內部情況 |
當然，在邁斯納態，磁場還是可以穿透進入到超導體表面和邊緣處的。隨著外磁場強度的增加，磁場穿透的深度也會越來越大，最終超導性能完全消失。這一現象于1935年由倫敦兄弟提出。因為超導體內部磁感應強度為零，對麥克斯韋方程組稍加修改就可以得到新的描述超導電磁特性的倫敦方程。由倫敦方程可知，磁感應強度在進入超導體之后呈指數衰減，其穿透深度又稱為倫敦穿透深度（圖6）。
