Trường từ của Trái Đất tương tự như một trường từ được tạo thành bởi một thanh nam châm khổng lồ đặt trong lòng Trái Đất có phương kéo dài (trục từ) hợp với trục quay của Trái Đất (trục Bắc – Nam địa lý) một góc khoảng 120 (hiện cực Bắc từ đang nằm trong vùng có tọa độ khoảng vĩ độ 76 bắc, kinh độ 101 tây – thuộc miền Bắc Canada). Độ lệch từ này, hay độ lệch từ giữa các đường kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lý tại các vị trí khác nhau dọc kinh tuyến được gọi là độ từ thiên. Bên cạnh đó, khi di chuyển từ cực về xích đạo thì góc cắm này giảm dần và ở vùng xích đạo thì hướng của từ trường nằm song song với mặt đất. Sự thay đổi góc cắm của từ trường đó được gọi là độ từ khuynh (inclination).
Sơ đồ từ trường của Trái Đất
Trường từ của Trái Đất không được tạo ra bởi cơ chế đẳng từ như đối với thanh nam châm vì nó phải có độ từ hóa rất lớn và ở trong vùng có nhiệt độ lớn hơn nhiều so với nhiệt độ Curie (là nhiệt độ tới hạn mà cao hơn nó sự liên kết từ giữa các nguyên tử không xảy ra được và vật chất mang từ có hành vi như vật chất không từ). Trường từ của Trái Đất có lẽ được tạo thành từ quá trình động lực (dynamic), liên quan tới sự đối lưu của sự tích điện trong dung dịch ở phần nhân ngoài, được gọi là sự từ thủy động lực học (magnetohydrodynamics). Tuy nhiên, để thuận lợi cho việc tính toán các nhà khoa học coi trường từ Trái Đất dạng một thanh nam châm hai cực để xác định trường từ ở bất kỳ điểm nào trên Trái Đất.
Trường từ của Trái Đất thay đổi liên tục theo thời gian, do sự thay đổi của cấu hình các dòng đối lưu trong nhân Trái Đất, gọi là sự thay đổi trường kỳ (secular variation). Nghĩa là hướng của một trường từ tại một điểm địa lý bất kỳ sẽ xoay một cách bất thường quanh một trục từ xác định với chu kỳ vài ngàn năm. Ngoài ra, trường từ của Trái Đất còn có thể có sự đảo cực theo những khoảng thời gian nhất định (2000-3000 năm).
Nghiên cứu sự thay đổi trường từ Trái Đất trong quá khứ được dựa vào thực tế là có nhiều loại đá chứa các khoáng vật có từ tính tạo thành các nam châm cổ. Các khoáng vật giàu sắt như Magnetite có mặt rất nhiều trong các đá phun trào basalt. Khi các khoáng vật này động nguội xuống dưới nhiệt độ Curie (khoảng 580oC) trong quá trình kết tinh của đá, chúng bị từ hóa theo phương của từ trường Trái Đất tại thời điểm kết tinh. Khi đá nguội hơn, trường từ này bị “đóng băng” và giữ nguyên tính chất từ và sự định hướng nguyên thủy của nó (từ dư – remanent magnetism) kể cả khi bản thân khối đá bị di chuyển và trở thành “hóa thạch” từ hoặc cổ từ. Ngoài việc chỉ thị hướng của trường từ cổ, nghiên cứu các khoáng vật bị từ hóa còn giúp ta xác định được vị trí của đá khi nó được thành tạo (bằng cách xác định độ từ thiên và độ từ khuynh). Nghiên cứu cổ từ trong các đá có các khoáng vật từ hóa có tuổi khác nhau trên cùng một lục địa còn giúp ta xác định được sự di chuyển của các địa mảng trong quá khứ thông qua việc xác định vị trí của các tâm từ (magnetic pole) và đường đi của chúng (polar wander path).
