L'esistenza di un campo magnetico terrestre (c.m.t.) viene evidenziata principalmente attraverso l'azione esercitata su qualunque dipolo magnetico presente in prossimità della superficie. Le prime teorie sul c.m.t. furono proposte nel '600 da William Gilbert, e modificate e perfezionate nella prima metà del secolo scorso dal matematico e fisico tedesco Karl Friedrich Gauss.

Il restante 20% del campo magnetico totale è irregolare, varia cioè nello spazio e nel tempo, e sembra avere origine dalle profondità della Terra. 

L'ipotesi, confermata dalle misurazioni, di un campo magnetico dipolare spiega quindi il perché dell'orientamento grosso modo nord-sud delle linee di forza del c.m.t.: linee di forza secondo le quali si dispongono tutti i magneti più piccoli e liberi di muoversi attorno ad un asse verticale, come per esempio gli aghi delle bussole.
Le rocce magmatiche contengono spesso minerali ferriferi e comunque magnetici, in grado di disporsi secondo la direzione del campo magnetico presente all'epoca del loro raffreddamento. Tenendo conto degli spostamenti dei continenti come previsto dalla moderna Tettonica delle Placche, la determinazione dell'orientamento dei minerali magnetici delle rocce magmatiche consolidatesi milioni di anni fa, ha consentito ai geologi e geofisici di ipotizzare il periodico capovolgimento della polarità del c.m.t. In pratica, il c.m.t. non solo è tutt'altro che stazionario (infatti, gli spostamenti dei poli magnetici sono ben misurabili e prevedibili e le carte topografiche devono tenerne conto a distanza di pochi anni), ma inverte la sua polarità con periodi di decine di migliaia di anni (eventi di polarità magnetica) e di centinaia di milioni di anni (epoche di polarità magnetica). Ciò significa che almeno negli ultimi 100 milioni di
anni il c.m.t. deve aver invertito la propria polarità un buon numero di volte, come di fatto indicano i dati paleomagnetici ottenuti dall'analisi delle rocce magmatiche.
Anche l'intensità totale del c.m.t. varia nel tempo, poichè varia la sua componente irregolare, di circa 10 nano Tesla all'anno (1 nT = 10.000 Gauss).

Le ragioni di tale periodica inversione di polarità del c.m.t. sono ancora sconosciute, anche se sono state avanzate diverse ipotesi. Una spiegazione basata sul modello della dinamo a due dischi accoppiati fu proposta da R.Rikitake (1958). A.Cox (1968) sviluppò invece un modello (probabilistico) che, sfruttando come base il modello di Rikitake, avanzò l'ipotesi che le variazioni di polarità del c.m.t. fossero dovute all'interazione tra oscillazioni costanti e processi casuali, dovuti anche alla presenza, al
confine tra mantello e nucleo terrestre, di una serie di dipoli responsabili della parte irregolare del campo magnetico. All'inversione di polarità del c.m.t. contribuirebbe il moto di rotazione della Terra, le cui forze di Coriolis tenderebbero a rinforzare sempre il campo esistente in un dato istante. Nelle fasi di oscillazione di intensità del campo magnetico, e quando l'intensità si approssima allo zero, è possibile che il campo associato ai dipoli eccentrici sia maggiore e di segno opposto al campo del dipolo centrale. Si produrrebbe in questo modo una inversione di polarità, rafforzata dalle forze della rotazione della Terra (forze di Coriolis). 
La probabilità che si abbia una inversione della polarità durante un intero periodo di oscillazione (di intensità) del c.m.t. è dello 0,05.
Conseguentemente, è prevedibile una variazione di polarità del c.m.t. ogni venti periodi. Assumendo una durata di 10.000 anni per un singolo periodo di oscillazione del dipolo centrale, la durata media degli intervalli di polarità sarà di circa 200.000 anni. Questi risultati presentano un discreto accordo con le osservazioni.
Gli effetti planetari di una variazione della polarità del c.m.t. non sono perfettamente noti, ma la documentazione geologica non sembra mostrare che questi periodici cambiamenti abbiano influenzato in modo comprovabile l'evoluzione geomorfologica e biologica del nostro pianeta.
Le variazioni del campo magnetico terrestre sono ben note e in buona approssimazione prevedibili. In particolare il campo dipolare mostra attualmente una variazione del momento magnetico dello 0,05% ogni anno, ed una deriva verso ovest di 0,05 gradi di longitudine/anno con un periodo di 1200-1800 anni. 
Il campo irregolare presenta una deriva (attualmente verso ovest) di circa 0,2° di longitudine per anno, con un periodo di circa 2000 anni, ed una variazione di intensità di circa 10 nT/anno.
Inoltre, avviene un trasferimento di energia dal campo magnetico dipolare a quello irregolare di circa 0,06% del c.m.t. totale ogni anno.

BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
Armando Norinelli (1982) - Elementi di geofisica applicata. Pàtron editore.
Livio Trevisan e Gaetano Giglia (1982) - Introduzione alla geologia. Pacini editore.
Owen M. Phillips (1985) - La geofisica. Biblioteca della EST - Mondadori.
Alfondo Bosellini (1984) - Tettonica delle placche e geologia. Italo Bovolenta editore.
Paolo Gasparini e Marta S.M. Mantovani (1984) - Fisica della Terra solida. Liguori editore.  
Forese Carlo Wezel (1994) - Dal nero al rosso: dentro il pulsare della Terra. Sperling & Kupfer.