從地心至磁層邊界的空間範圍內的磁場。地磁場是地磁學的主要研究物件。人類對於地磁場存在的認識，來源於天然磁石和磁鍼的指極性。磁鍼的指極性是由於地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁鍼的N極，地球的南磁極(磁性為N極)吸引著磁鍼的S極。這個解釋最初是英國吉伯(W.Gil-bert)於1600年提出的。吉伯制做瞭一個大的球形磁石，在它的表面附近放置一些小磁棒，他發現這些磁棒的取向就象地球表面的磁鍼一樣。由此，他認為地球是一個巨大的磁石，並以此來解釋地磁場的存在。實際際上，地球並不是一塊大磁石。但吉伯的推斷所表明的地磁場來源於地球本體的假定卻是正確的，這已為1839年德國數學傢C.F.高斯首次運用球諧分析法所證實。
地磁場是一個向量場。描述空間某一點地磁場的強度和方向，需要3個獨立的地磁要素。因指南針、磁羅盤是測定磁偏角最簡單的裝置，所以磁偏角的發現和測定也最早。特別是由於航海的需要，早期海上磁偏角的測定更為系統。1702年英國哈雷(E.Halley)發表瞭第一幅大西洋磁偏角等值線圖，1768年維爾克(J.C.Wilcke)又繪制瞭世界磁傾角等值線圖。但直到1832年高斯提出地磁場強度的測量方法後，才開始有完備的地磁場測定。
近地空間的地磁場，象一個均勻磁化球體或磁棒的磁場，其強度在地面兩極附近還不到1高斯，所以地磁場是非常弱的磁場。地磁場強度的單位過去通常采用伽馬(γ)，即10-5高斯。1960年又決定采用特斯拉(Tesla)作為國際測磁單位，1高斯＝10-4特斯拉（T），1伽馬＝10-9特斯拉=1納特斯拉（nT），簡稱納特。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很大的空間。它猶如一個幔帳，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害。地磁場是地球環境的主要因素之一。
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分，它們在成因上完全不同。地球的基本磁場是地磁場的主要部分，起源於地球內部，並且變化非常緩慢。這種緩慢的地磁場變化稱為地磁場長期變化。地球的變化磁場是地磁場的各種短期變化，主要起源於地球外部，並且很微弱。
地球基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾個組成部分。偶極子磁場是地磁場的基本成分，約占地磁場90％，產生於地球液態外核內的電磁流體力學過程，即自激發電機效應。非偶極子磁場主要分佈在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個遼闊的地域，平均強度約占地磁場10％，場源在地球內部何處目前還有爭議。地磁異常又分為區域異常和局部異常，系由地殼內具有磁性的巖層和礦體等所形成（見地球基本磁場、地磁場起源）。
地球變化磁場可分為平靜變化和幹擾變化兩大類型。平靜變化包括以一個太陽日為周期的太陽靜日變化(Sq)和以一個太陰日為周期的太陰日變化(L)，變化幅度分別為10～102納特和1～3納特，場源是分佈在電離層中的永久性的電流體系。幹擾變化包括磁暴（Dst）、地磁亞暴、太陽擾日變化(SD)和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中產生的各種短暫的電流體系。磁暴是全球同時發生的強烈磁擾，持續時間約為1～3天，幅度可達102納特。地磁亞暴主要是極光區的磁擾，具有不同類型，其中主要類型是地磁灣擾，持續時間約為1～3小時，幅度約為102～103納特。太陽擾日變化具有周期性，周期也是一個太陽日，幅度約為10～102納特，不過它也主要是極光區的磁擾。地磁脈動是各種短周期的地磁變化，周期從幾秒到十幾分，幅度從1納特到大於102納特，而在極光區幅度最大。
除外源場外，變化磁場還有內源場。這是由外源場在地球內部感應出來的電流所產生的。將高斯球諧分析用於變化磁場，可將這種內、外場區分開。據此研究地球的電導率的分佈，已成為地磁學的一個重要領域，叫做地球電磁感應。20世紀初S.查普曼根據地磁靜日變化和磁暴的內、外場的關系，得出深度為250～800公裡和400～1000公裡的上地幔電導率分別為3.6×10-13和4.4×10-12電磁單位。
地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯系，又和地殼上地幔的電性結構有關，所以在空間物理學和固體地球物理學研究中都具有重要意義。
現代地磁場觀測資料的積累還不足400年，但是，通過測定巖石的磁性以及古瓷器、古磚瓦、古爐灶等古物的磁性，可以研究古地磁場的方向、強度和磁極位置，從而可以瞭解地磁場在地質時期的演化史。含有磁性礦物的巖石在其冷卻或沉積過程中，經過焙燒的各種含有磁性的古物在其冷卻時，因受到當時當地的地磁場磁化作用而獲得剩餘磁性。這種剩餘磁性的強度和方向同當時當地的地磁場的強度和方向有關系，這就是研究古地磁場及其演化歷史的基礎。古地磁場的研究和應用已發展成為地磁學的一個重要分支，稱為古地磁學。