塞曼效應（/?ze?m?n/；荷蘭語發音：[?ze?mɑn]）是在存在靜磁場的情況下將譜線分裂成幾個分量的效果。 它以荷蘭物理學家彼得·塞曼 (Pieter Zeeman) 的名字命名，他于 1896 年發現了它，并因此獲得諾貝爾獎。 它類似于斯塔克效應，在存在電場的情況下譜線分裂成幾個分量。 同樣類似于斯塔克效應，不同成分之間的躍遷通常具有不同的強度，有些是完全禁止的（在偶極子近似中），這取決于選擇規則。

由于塞曼子能級之間的距離是磁場強度的函數，因此這種效應可用于測量磁場強度，例如 太陽和其他恒星或實驗室等離子體中的物質。塞曼效應在核磁共振波譜、電子自旋共振波譜、磁共振成像 (MRI) 和穆斯堡爾波譜等應用中非常重要。 它還可用于提高原子吸收光譜的準確性。關于鳥類磁感的理論假設視網膜中的蛋白質因塞曼效應而發生變化。

當譜線為吸收線時，這種效應稱為逆塞曼效應。

從歷史上看，人們區分了正常和異常的塞曼效應（由愛爾蘭都柏林的托馬斯·普雷斯頓發現）。 異常效應出現在電子凈自旋不為零的躍遷中。 它之所以被稱為反常，是因為電子自旋尚未被發現，所以在塞曼觀察到這種效應時，還沒有很好的解釋。 Wolfgang Pauli 回憶說，當一位同事問他為什么看起來不開心時，他回答說，當他在思考異常的塞曼效應時，怎么可能看起來很開心？。

在更高的磁場強度下，效果不再是線性的。 在更高的場強下，與原子內部場的強度相當，電子耦合受到干擾，譜線重新排列。 這稱為 Paschen–Back 效應。

在現代科學文獻中，這些術語很少使用，傾向于只使用塞曼效應。

原子在磁場中的總哈密頓量為

H = H 0 + V M , {\displaystyle H=H_{0}+V_{\rm {M}},\ }

其中 H 0 {\displaystyle H_{0}} 是原子的未擾動哈密頓量，而 V M {\displaystyle V_{\rm {M}}} 是磁場引起的擾動：

V M = ? μ → ? B → , {\displaystyle V_{\rm {M}}=-{\vec {\mu }}\cdot {\vec {B}},}

其中 μ → {\displaystyle {\vec {\mu }}} 是原子的磁矩。 磁矩由電子部分和核部分組成； 然而，后者要小很多數量級，這里將被忽略。 所以，

μ → ≈ ? μ B g J → ? , {\displaystyle {\vec {\mu }}\approx -{\frac {\mu _{\rm {B}}g{\ vec {J}}}{\hbar }},}

其中 μ B {\displaystyle \mu _{\rm {B}}} 是玻爾磁子，J → {\displaystyle {\vec {J}}} 是總電子角動量，g { \displaystyle g} 是 Landé g 因子。更準確的方法是考慮電子磁矩的算子是軌道角動量 L → {\displaystyle { vec {L}}} 和自旋角動量 S → {\displaystyle {\vec {S}}}

其中 g l = 1 {\displaystyle g_{l}=1} 和 g s ≈ 2.0023192 {\displaystyle g_{s}\approx 2.0023192}（后者稱為反常旋磁比；該值與 2 的偏差為 由于量子電動力學的影響）。 在 LS 耦合的情況下，可以對原子中的所有電子求和

其中 L → {\displaystyle {\vec {L}}} 和 S → {\displaystyle {\vec {S}}} 是原子的總軌道動量和自旋，平均是在一個狀態下完成的 具有給定的總角動量值。

如果相互作用項 V M {\displaystyle V_{M}} 很小（小于精細結構），則可以視為微擾； 這才是塞曼有效應有的。 在 Paschen–Back 效應中，如下所述，V M {\displaystyle V_{M}} 顯著超過 LS 耦合（但與 H 0 {\displaystyle H_{0}} 相比仍然很小）。 在超強磁場中，磁場相互作用可能超過 H 0 {\displaystyle H_{0}} ，在這種情況下，原子不再以其正常意義存在。