为什么磁铁只吸铁，而对金、银、铜、铝似乎都没有什么反应呢？
当然，严格来说，磁铁不光吸铁，还吸钴和镍。吸铁石之所以只吸引这几种金属，是因为只有这些金属原子内部的电子结构，可以让磁场对它们有肉眼可见的作用。
我们知道，原子的结构是带负电的电子围绕带正电的原子核运动，电子数等于原子核带正电的数量，所以原子整体是呈中性不带电的。但是那么多个电子围绕原子核是怎么运动的呢？量子力学告诉我们，电子在原子核外围的运动是分层的。每层当中可以安放的电子数量是不同的，譬如根据量子力学的计算，原子核外第一层，也是电子层的最内层，可以放两个电子，第二层可以放8个电子，第三层可以放18个电子，等等。
这里我们必须引用前面提到过的能量最低原理，一个原子的稳定态，一定对应它能量最低的状态，所有电子其实都倾向于待在内层，因为内层的能量低，所以更稳定。那为什么不是所有电子都在最内层，而是会出现最内层只能有两个电子，外层却拥有更多电子的情况呢？这里还要介绍另外一个物理学知识，叫泡利不相容原理。这个原理是奥地利物理学家泡利发现的，泡利也因为这个成果，在爱因斯坦的推荐下，获得了1945年的诺贝尔物理学奖。
泡利不相容原理说的是，在一个物理系统中，不能有两个费米子处在同一状态，至于什么是费米子，我们之后再讨论，这里你只需要知道电子是一种费米子。有了这个原理之后，我们就能解释为什么原子的内层只能放两个电子了。原子的内层只有一个电子轨道，电子只要在这个轨道里，它的能量和其他状态都被唯一确定了。那么根据泡利的不相容原理，这个轨道里只能存在一个电子，为什么还能放第二个电子进来呢？因为自旋，电子是有磁性的，你可以把它当成一个小磁针，磁针有南北极，一个电子轨道之所以可以放两个电子，就是因为一个电子进来以后，它可以是北极朝上或者南极朝上，第二个电子进来的话，只要磁极的指向跟第一个电子相反就可以了，只要这两个电子的磁极指向相反，它们的状态就不完全相同，就不违背泡利不相容原理。内层轨道可以放两个电子，但是第三个电子就放不进来了，因为第三个电子的磁极指向不是南极向上就是北极向上，另外两个电子中必然有一个与它相同，根据泡利不相容原理，第三个电子进不来。