Chúng ta biết rằng electron mang điện tích -e, chuyển động quanh hạt nhân tạo nên một dòng điện kín (dòng điện nguyên tố) . Dòng điện kín này sinh ra một mômen từđặc trưng μ mà ta gọi là mômen từ quỹđạo.
Theo điện động lực học thì một dòng điện kín có cường độ I bao quanh một diện tích phẳng S có mômen từ xác định theo công thức (trong hệ SI)
μ = I. S
Vectơ mômen từ μ vuông góc với mặt phẳng của dòng điện và hướng theo chiều tiến của cái đinh ốc quay thuận theo chiều dòng điện.
Cơ học cổ điển coi electron như một chất điểm chuyển động trên quỹ đạo tròn, bán kính r, với vận tốc v. Khi đó cường độ dòng điện I bằng tích của độ lớn điện tích e của electron và số lần electron đi qua một điểm trong một giây (tức là tần số vòng):
Diện tích bao quanh bởi dòng điện:
Vậy mômen từ có độ lớn là:
và có hướng vuông góc với mặt phẳng quỹđạo. Mômen cơ học có độ lớn là:
Từđây, ta suy ra vectơ mômen từ μ liên hệ với vectơ mômen động lượng cơ L
theo tỷ lệ là:
Theo cơ học lượng tử, công thức (3-32) có thểđược chứng minh nột cách đầy đủ và chặt chẽ, song ởđây ta không thể hiện điều đó. Theo quan điểm lượng tử, vì vectơ
L không có hướng xác định, do đó mômen từ μ cũng không có hướng xác định. Nhưng hình chiếu của mômen từ lên trục z bất kỳ có giá trị bằng:
Thay Lz = nħ vào (3 - 33) ta được:
Với 10 23 2 − = = e B m eh
μ 3A.m2 gọi là manhêton Bohr.
Công thức (3-34) cho biết, mômen từ quỹ đạo của electron chuyển động quanh hạt nhân có hình chiếu trên trục z bằng một số nguyên lần manhêton Bohr, nghĩa là bị lượng tử hóa (vì thế số nguyên m gọi là số lượng tử từ).
Hiện tượng lượng tử hóa mômen động lượng và mômen từ quỹđạo đã được M. A.Stern (28.6.1807 - 30.l.1894) và Gerlach xác nhận bằng thí nghiệm về sự lệch của chùm tia nguyên tử khi đi qua từ trường không đồng nhất, cũng như trong hiệu ứng Zeemann được xét sau đây.