地磁學的研究在解釋地球構造方面取得了巨大的成功，但是地磁場為什麼會倒轉？到目前為止，這個問題並沒有一個讓人滿意的答案。在2005年，美國著名雜誌《科學》在創刊125年之際，向全世界各領域的頂尖科學家徵詢意見，提出來125個重要科學問題，地磁倒轉之謎即為其中之一。

在過去的8300萬年中，地磁場共倒轉了183次，而且沒有明顯的規律，有時候100萬年可以倒轉五六次，有時候可能只有一次。在恐龍繁盛的白堊紀(侏羅紀後)，地磁場穩定了4000萬年沒有發生倒轉，這段時間地磁場的方向和今天是一樣的，是迄今為止地層記錄中持續最長的地磁穩定期。最近的一次倒轉發生在78萬年以前，並保持至今。

地磁場的產生以及倒轉可能和地核的狀態以及運動有關。地核的深度為2900公里，又可以分為外殼和核心，其中外核為液體，核心為固態。地核的主要組成為鐵和鎳，另外還有矽、硫等元素，溫度在5000攝氏度以上。現在一種比較流行的觀點認為，地磁場起源於地核的運動。由於地核極度的高溫和液態的存在形式，外核物質與熱量的對流十分普遍。我們知道，鐵是一種磁性金屬，其對流可以造成磁場與電流的相互激發，形成穩定的全球性磁場。這被稱為地球發電機模型。

雖然地磁場產生的具體原因尚有待進一步研究，但比較確定的是肯定和液態的地核有關。和地球十分類似的月球和火星，由於體積較小、冷卻快，地核已完全固化，因而沒有全球性的磁場存在。

實驗室理論模擬結果表明，地核的運動是不規律的，產生的磁場會隨機轉向。但是，這種實驗室的模擬結果，是否適用於自然狀態，仍有待驗證。地磁場類似磁鐵棒，但是這種相似只是粗略的。磁鐵棒或是其它永久磁鐵的磁場是由於鐵原子中的電子有序的運動而形成的。然而，地核的溫度高於居里點(鐵的居里點1043K)，鐵原子的電子軌道的方向會變得隨機化，這樣的隨機化會使得物質失去它的磁場。因此地磁場的成因並不是由於有磁性的鐵礦，主要的因素是電流(地電流(telluric currents))。另一項地磁場與磁棒不同的特徵是地磁場的磁圈。磁圈與地球有一段距離，與地磁場表面有關。此外，在地核中的磁化的組成成分是轉動的而不是靜止的。