در حال حاضر مي‌دانيم که اوربيتالهايي از قبيل از نظر انرژي برابرند و در غياب ميدان مغناطيسي نمي‌توان تفاوتي بين الکترونهايي که اين اوربيتالها را اشغال کرده‌اند، قائل شد، ولي وقتي طيف نشري اتم هيدروژن در ميدان مغناطيسي مورد مطالعه قرار مي‌گيرد، وضعيت پيچيده‌تري پيدا مي‌کند. يعني هر خط طيفي حاصل از چندگانگي خطوط طيفي که خارج از ميدان مغناطيسي بدست مي‌آيد، در ميدان مغناطيسي به چند خط طيفي فوق‌العاده نزديک به يکديگر تجزيه مي‌شود. مثلاً در مورد اتم سديم، همانطور که در شکل نشان داده شـده است، اين رويداد موجب مي‌شود که هر يک از دو

خط طيفي اصلي آن به چندين خط تفکيک شود. چنين وضعيتي که به ساختار ظريف خطوط طيفي موسوم است، اولين بار توسط زيمان (در سال 1896) مشاهده شد و اثر زيمان ناميده مي‌شود. اين اثر، با قبول دو درجه آزادي براي حرکت الکترون يعني در نظر گرفتن دو عدد کوآنتومي اصلي و فرعي براي مشخص کردن انرژي الکترون در چرخش به دور هسته، قابل بررسي نيست. بلکه براي توجيه آن بايد سه درجه آزادي براي حرکت الکترون يا به بياني ديگر، عدد کوآنتومي ديگري علاوه بر اعداد کوآنتومي اصلي و فرعي براي مشخص کردن دقيق وضعيت الکترون در فضاي اطراف هسته بايد در نظر گرفت. براي اين منظور، بايد قبول کرد که وقتي الکترون، بدون وجود يک ميدان مغناطيسي خارجي، به دور هسته اتم مي‌چرخد مرجعي وجود ندارد تا بتوان سطح مشخصي براي مدار چرخش آن در نظر گرفت. به بيان ديگر، سطح مدار چرخش آن کاملاً اختياري است. اما وقتي الکترون در يک ميدان مغناطيسي خارجي به دور هسته مي‌چرخد، سطح مدار چرخش آن نسبت به راستاي ميدان مغناطيسي تغيير مي‌کند. زيرا الکترون (ذره باردار) ضمن چرخش به دور هسته، در نقش يک مغناطيس کوچک (با ممان مغناطيس) عمل مي‌کند. در نتيجه، در يک ميدان مغناطيسي (با شدت)، تحت تأثير قرار گرفته و سطح مدار چرخش آن دستخوش تغييراتي مي‌شود. اين تغييرات، ديگر اختياري نبوده بلکه از محدوديت کوآنتومي پيروي مي‌کند. بطوريکه تصوير بردار ممان مغناطيسي حاصل از چرخش الکترون بر روي اين سطوح، نسبت به راستاي ميدان، همواره بايد مضرب درستي از باشد. اين مضرب درست را که به عدد کوآنتومي مغناطيسي موسوم شده است، با نشان مي‌دهند.