Dat er magneten bestaan, weet iedereen. Dat ze de stoffen ijzer, nikkel en kobalt aantrekken ook. Maar hoe dat gebeurt, binnen de stof, weet haast niemand. Want waarom wordt bijvoorbeeld koper niet aangetrokken door een magneet, of zilver, terwijl dat wel metalen zijn? Waarom alleen de drie genoemde metalen? Wat onderscheidt deze drie van de andere metalen?

Om inzicht hierin te krijgen, moeten we het uitsluitingsprincipe van Pauli bespreken. De grote natuurkundige Wolfgang Pauli kreeg dankzij de ontdekking hiervan in 1945 de Nobelprijs voor natuurkunde.
Het uitsluitingsprincipe van Pauli houdt in dat geladen deeltjes, zoals elektronen die om een atoomkern cirkelen, nooit in exact dezelfde quantumtoestand kunnen verkeren. Wanneer twee identieke elektronen in eenzelfde baan rond een atoomkern bewegen, moet dus één eigenschap onderling verschillend zijn. Dat verschil ligt in hun spin, het om zijn as tollen van een deeltje. Het ene elektron draait dan linksom (spin up, oftewel de spin = + 1/2), het andere elektron draait rechtsom (spin down, oftewel spin = - 1/2) om zijn as. Die spin is de oorzaak van magnetisme.

      Magnetische velden, ontstaan door de spins van elektronen  

In de meeste metalen zijn de spins van de buitenste elektronen tegengesteld aan elkaar. Er tollen er evenveel linksom als rechtsom om hun as. Een geladen deeltje dat beweegt - en het om de as tollen is een beweging - wekt een magnetisch veld op. Dat is de basis van elektromagnetisme. Net zo goed als dat een bewegend magnetisch veld een stroom oplevert in een metaal (denk aan de werking van een dynamo), mits er natuurlijk een gesloten stroomkring is. Wanneer er evenveel elektronen linksom als rechtsom tollen, wekken ze een even groot, maar tegengesteld magnetisch veld op. Tezamen heffen de magneetveldjes elkaar op. Netto gezien heeft het metaal dus geen noord- en zuidpool. En ondervindt dan ook geen aantrekking van een magneet. Zo'n metaal, dat niet door een magneet wordt aangetrokken, heet anti-ferromagnetisch.

Maar bij bijvoorbeeld ijzer tollen de buitenste elektronen met z'n allen dezelfde kant op. Dat dwingt ze om uit elkaars buurt te blijven, juist vanwege het uitsluitingsprincipe. Ze gaan nu een verband aan, om zo te zeggen, met meer naar binnen gelegen elektronen. Daarmee tollen ze een verschillende draairichting op. Netto gezien levert dat een evenwichtstoestand op voor het hele atoom. Maar lokaal juist niet, in het bijzonder aan de buitenkant niet. Daar heffen de magneetveldjes elkaar niet op.
Dit maakt dat ijzer wel over een noord- en een zuidpool beschikt, en aldus reageert op een externe magneet. Door een externe magneet zullen de noord- en zuidpolen van het ijzer zich in een bepaalde richting kunnen plaatsen. Het ijzer wordt zelf magnetisch. IJzer is een ferromagnetisch metaal.

Je kunt het ingewikkelder maken, door een legering van ijzer en een ander metaal te nemen, bijvoorbeeld gadolinium. Je voegt dan een ferromagnetisch metaal bij een anti-ferromagnetisch metaal. 
De eigenschappen daarvan zijn interessant. Je zou denken dat de spins van ijzer en gadolinium elkaar opheffen, omdat ze om en om de andere kant op wijzen. Maar de sterkte van de opgewekte magneetveldjes verschilt onderling, zodat er netto gezien een magneetveld overblijft. Met als gevolg een noord- en een zuidpool in de legering. En dus een aantrekking van een externe magneet. Zo'n legering heet ferrimagnetisch. 

Tja, denk je dan, wat moeten we met deze informatie over spins en zo. Waar merk ik er wat van in het leven van alledag? Nou, overal dus. Je pinpas bijvoorbeeld is zo opgebouwd. Miljoenen ijzerdeeltjes in je pas zijn zo geplaatst dat ze bij elkaar een uniek magnetisch veld vertegenwoordigen. Haal je de magneetgebiedjes langs een spoel (= gewonden koperdraad), dan gaat er door dat koperdraad een stroompje lopen, precies overeenkomstig de informatie van de magneetgebiedjes. Je beschikt zodoende over een unieke code. Of neem de harde schijf van je computer. Informatie, zoals deze tekst, wordt opgeslagen via ontelbaar veel magneetveldjes, ontstaan doordat ontelbaar veel ijzerdeeltjes in een bepaalde richting worden gezet. Het lezen van die informatie gebeurt ook hier door de schijf langs een spoeltje te laten gaan. De stroom die gaat lopen vertegenwoordigt de informatie die we zien.

Momenteel gebeurt dat wegschrijven van informatie in nanosecondes (= één miljardste seconde). In de toekomst, wanneer men gebruik zal maken van quantummechanische eigenschappen van de spins, zal dit met een factor miljoen sneller kunnen. Een nieuwe computerrevolutie ligt in het verschiet. Waarschijnlijk binnen pakweg tien jaar.