基本磁场占地磁场的99％以上，由磁偶极子场、大陆磁场和磁场的长期变化三部分组成。目前认为，基本磁场主要是由地核内电流的对流形成，因此，它是一种内源磁场。
（一）地磁要素
研究地磁场的分布特征，即确定出地球上每一点地磁场的大小和方向。为了确定某一 点地磁场的磁感应强度T的方位，习惯上以该点的地理子午线或地理北极作为参考方向。坐标的选择如图3-7所示。坐标原点O即为计算点，x轴指 向地理北，y轴指向地理东，z轴垂直向下。T在z轴上的分 量称为垂直分量，以Z表示，指向下为正，指向上（南半球 时）为负。T在水平面（xOy面）上的分量称为水平分量，以H表示。T和水平面之间的正向夹角称为磁倾角，以I表 示，当T向下倾时（在北半球），I为正；T向上倾时（在南 半球），I为负。H与x轴的夹角称为磁偏角，以D表示，H 由地理北向东偏，D为正；向西偏，D为负。水平分量H在 x轴和y轴上的分量分别称为北向分量和东向分量，并分别 以X和Y表示。通过T和H的垂直平面称当地的磁子午面，而xOz平面称地理子午面。T，Z，H，X，Y以及I，D分量 都是表示某点地磁场大小和方向特征的物理量，统称为地磁 要素。从图中可以看出，它们之间的关系如下：
图3-7 地磁要素图
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以上关系说明，地磁要素可分为三组，即（X，Y，Z），（H，Z，D）以及（H，D，I）。只要测出一组中的三个要素就可求出其他要素。这三组地磁要素分别对应直角坐标系、柱 坐标系和球坐标系。
约自1600年以来，世界就有几个观测台（如英国伦敦台、法国巴黎台等）进行定期地磁测量，不过用精密仪器长期连续测定各地磁要素还是始于20世纪初。根据地磁测量 结果可以绘制世界地磁要素分布图。图3-8就是我国1980年编制的世界地磁场垂直分量 等值线平面图。
图3-8 世界地磁场垂直分量等值线平面图（单位：1000nT）
（二）磁偶极子场与地磁极
从地磁要素图中可明显看出，地磁场与地球中心放一个强磁偶极子产生的磁场很相似。分析发现与实际地磁场拟合最佳的磁偶极 子其磁矩约为8×1022A·m2，偶极子的轴和 地理轴间存在约11.5°的夹角，这个偶极子称 为最佳拟合中心偶极子。它产生的磁场称为磁 偶极子场，该场占基本磁场的80％～85％，如图3-9所示。
图3-9 磁极、地磁极及地理极之间的区别
给磁极下定义需要注意，最佳拟合中心偶 极轴交于地球表面两点，它们被称为地磁极。规定它们的位置地理坐标是78.5°N，75°W（位于格陵兰西北）和78.5°S，110°E（南极洲 境内）。反之，地球表面上磁场垂直指向下（I＝±90°，H＝0）的两个基本点称为磁极。1975年磁极的位置约在76.1°N，100°W；65.8°S，139.4°E。它们不是对称点，但和离地心约400km远的一个倾斜偏心偶极子紧 密对应。地磁南极距地理南极约为1280km，地磁南极距南磁极为1350km。应该指出 的是，在地理北极附近吸引罗盘指北极的是地球的南磁极。可是，按照惯例把地理北 极附近的磁极（I＝＋90°）称为地球的北磁极，而把地理南极附近的磁极称为地球的南 磁极。
（三）大陆磁场
虽然中心偶极场（对地理轴倾斜11.5°）和地球的实际磁场近似，但是两者之间还有 相当大的偏差。从地球的基本磁场中除去偶极场部分，剩下的就是非偶极子场，又称大陆 磁异常，它占基本磁场的15％～20％。图3-10表示了地球表面上非偶极场的垂直分量。该图表明大陆磁场绕6个中心分布，每个中心都有各自的极性。较大异常延伸达几千千 米，幅度达16000nT（大致是地磁总场的1/4）。这些大规模的异常和地理以及地质方面 没有任何明显的关系，几乎可以肯定是由地球内部的深源引起的。
图3-10 非偶极场的垂直分量（1980年）
（四）长期变化
对地磁场的长期观测表明，基本地磁场还有一个随时间缓慢向西漂移的变化，称为地 磁场的长期变化。这种变化一般连续几十年或几百年。这一点从遍布世界地磁台记录的地 磁要素年平均值中可以看出。图3-11表示了伦敦台记录的以住400年间磁偏角和倾角的 变化。此图说明1600～1700年的100年间磁偏角共向西偏移了16°（从9°E～-7°W），磁 倾角约增大2°。这条曲线暗示了一个约以500年为周期的周期性变化。但是这个周期与古 地磁学研究的结果有较大的差异。
图3-11 伦敦台记录的地磁倾角和偏角的变化
这条曲线的另一个重要特点是长期变化为顺时针转动，并表现出其变化中心向西偏离 到地理北约7°。这和现代偶极场的位置大致相当。暗示了长期变化只是非偶极场引起的，偶极场的方位几乎保持不变。
长期变化不仅限于倾角和偏角，就连地球中心偶极子的磁矩也在变化。1835年高斯首先计算出为8.5×1022A·m2，而1960年计算该值为8.0×1022A·m2（利用式（3-9）、 式（3-10）计算）。在这期间，地球磁矩以每世纪5％的速率在不断减小。如按这种速率 递减，在过两千年后，地球磁矩将变为很小甚至完全消失。这种现象如果确实继续存在的 话，可能是地球磁极倒转的征兆。因为古地磁学研究发现，在地质历史年代中，地球磁极 已多次发生倒转现象，并发现古地磁场强度在地球磁极倒转前发生递减到零而反向的过渡 阶段。地磁场极性变化是地球史上最重要特点之一。