Se si cosparge con limatura di ferro smagnetizzato, una superficie, immersa in un campo magnetico statico, compaiono su di essa addensamenti e rarefazioni della polvere di ferro. La figura provocata da queste localizzazioni della limatura materializza, per così dire, l'andamento delle linee del campo e prende il nome di spettro magnetico o immagine magnetica del campo.

Gli addensamenti e le rarefazioni evidenziano la configurazione di equilibrio meccanico del sistema fisico costituito dal campo statico e dalle briciole di limatura poggiate sulla superficie. In presenza del campo statico, le briciole di ferro, si magnetizzano acquisendo dei propri momenti magnetici μ_i.

Le particelle possono essere assimilate a piccole calamite, in interazione con il campo esterno, tra loro e con il piano d'appoggio. Su ogni briciola di ferro agiscono forze magnetiche (forze ponderomotrici magnetiche), dipendenti dalla posizione e forze di attrito dovute all'interazione con il piano d'appoggio. All'equilibrio la risultante delle forze magnetiche e di quelle di attrito, agenti sulle particelle, deve essere nulla.

Le forze magnetiche principali per la singola briciola, sono:

a) un momento meccanico (τ_i = μ_i x B) che tende a orientare i momenti magnetici μ_i concordemente alle linee di campo;

b) una forza dipendente dal gradiente di campo e dal momento magnetico μ_i. Questa forza è più intensa dove il campo è più disomogeneo. Forze di questo tipo provocano l'attrazione tra poli opposti delle calamite o il risucchio degli aghi magnetici verso le zone di campo più intenso.

Le forze di attrito sono di solito sufficienti a impedire moti troppo pronunciati delle particelle. Per facilitare la formazione dell'immagine, si batte allora, leggermente, sulla superficie, in modo da fare saltare la limatura, annullando per un istante l'interazione tra granuli e piano di appoggio. Per analizzare la formazione di un spettro, consideriamo una situazione definita: un filo percorso da una corrente costante che attraversa, perpendicolarmente, una superficie piana, cosparsa di limatura di ferro; seguiamo la formazione degli anelli concentrici di polvere che visualizzano le linee di campo, dal filo verso l'esterno.

Vicino al filo, le particelle hanno magnetizzazione di saturazione; si orientano e si attraggono formando catene di verso concorde con le linee di campo. Intorno a queste piccole aggregazioni, il campo è intenso e disomogeneo: le particelle vicine vengono risucchiate da queste catene. Si forma un circuito magnetico che, chiudendosi ad anello, minimizza la sua energia magnetica. Nelle zone adiacenti al circuito così formato, la polvere è rarefatta (è confluita nell'anello); qui, il campo è disomogeneo, a causa dell'effetto dei bordi irregolari dell'anello e dell'agglomerazione casuale delle particelle che lo compongono. In queste regioni, le aggregazioni di granuli non possono svilupparsi in modo macroscopico. Invece, in una regione più esterna, dove il campo locale è nuovamente dominato dal campo del filo, il processo di aggregazione può ricominciare e può formarsi un altro anello. Il campo del filo è proporzionale a 1/r, mentre il campo disomogeneo ai bordi degli anelli (zone impoverite di polvere), dipende dalla magnetizzazione che, per i primi anelli, è quasi in saturazione: l'interspazio tra gli anelli, pertanto, aumenta con la distanza dal centro del campo.

Lontano dal filo, la minore intensità del campo esterno e la diminuita magnetizzazione delle briciole (indotta dal campo), generano forze magnetiche troppo piccole per vincere l'attrito e produrre aggregazioni di ferro apprezzabili: in questa zona, la densità della limatura è, grosso modo, quella iniziale, quasi non influenzata dal campo del filo. Il fenomeno nel suo complesso è casuale e difficilmente quantificabile. Per renderlo meno dipendente dal tocco dello sperimentatore, si usano ricette con emulsioni di olio e polveri ferromagnetiche o film di ferrofluidi, riducendo così gli attriti e migliorando il contrasto dell'immagine.

Si utilizza lo stesso procedimento per evidenziare il campo elettrico usando fibrille di cotone o gesso, al posto della limatura di ferro. A causa della difficoltà di creare forti momenti elettrici indotti nel materiale, si ha, tuttavia, una resa minore di quella che si ottiene nel visualizzare il campo magnetico.