自旋是粒子的基本属性。同一种基本粒子具有完全相同的自旋角动量，但自旋方向则是左右对称的。核外自旋方向相同的两个电子不可能占据同一轨道，这个叫泡利不相容原理。所以，自旋的方向也是基本粒子一个非常重要的固有属性（自由度），在狄拉克相对论量子力学方程中包含了电子的自旋。后面我们将看到自旋与相对论效应之间的关系。

核电子轨道运动的角动量和粒子自旋的角动量都是量子化的。核外电子轨道的角动量必须是狄拉克常数的整数倍，但粒子自旋的角动量只是半个狄拉克常数的整数倍。表现出单个粒子的角动量与电磁相互作用之间的粒子角动量的区别。另外，与带电粒子自旋相联系的磁偶极矩系数不是1而是g因子。这点与经典物理学粒子质量和电荷呈均匀球体分布的假设不相容，因而，不能把电荷想象成由更小的带电粒子绕自身轴心的旋转，而是作为一个整体不可分割。自旋和电荷一样是粒子的固有属性，粒子的自旋数和电荷都只与粒子的种类有关，并且都无法改变。

自然界所有已知的物质都是由自旋为1/2的费米子组成的，费米子包括我们熟悉的电子、夸克和中微子。这些费米子能够吸收和发射自旋为1的玻色子，从而产生相互作用。正因为这样，吸收或发射哪种玻色子是固定的。人们最熟悉的玻色子是光子，电磁相互作用就是靠吸收和发射光子引起的。标准模型预言存在两种自旋不为1的玻色子，引力子自旋为2，希格斯粒子自旋为0。

电荷为q，质量为m，自旋角动量为S的粒子的磁矩μ

因子g在假设电荷和质量占据相同半径球体时应该是1，但电子的g因子却是2。联系电子自旋与其电磁属性的狄拉克方程恰好给出了这个因子。另一个值得注意的现象是，不带电的中子有磁矩，一般解释为它不是基本的粒子，而是由带电的夸克组成的，磁矩来源于夸克。中微子是电中性的基本粒子，标准模型估计它也丰在非零磁矩，但实验证明中微子的磁矩小于电子磁矩的1.2 × 10-10。

在普通材料中，单原子磁矩相互抵消而没有表现出磁性。磁性材料在居里温度下，原子磁矩局部有序排列而产生磁性。须磁材料在外磁场作用下，原子磁矩顺着外磁场排列，反磁性材料则相反，原子磁矩与外磁场反向排列，即使需要耗能的情况下也是这样。