자기장 속에 놓인 원자나 분자의 발광(發光) 또는 흡수 스펙트럼선이 자기장의 작용에 의해 분열하는 현상. 1896년 P. 제만이 발견했다.

나트륨의 황색선(D선)의 너비가 자기장 속에서 확대되는 것을 관측한 수년 후 H. A. 로렌츠는 스펙트럼선의 복사가 원자내 전자의 회전에 의해 생긴다고 생각하고, 자기장으로 인해 전자의 회천수가 변화하는 것을 이론적으로 제시, 제만효과를 설명하는 동시에 빛의 복사원인을 해명했다.

제만 효과에 의해 분열된 스펙트럼선의 각 성분선(成分線)은 자기장의 방향에서 관측하면 좌회전 또는 우회전하는 원편광(圓偏光)이고, 자기장에 수직인 방향에서 관측하면 자기장의 방향으로 치우치는 직선편광(π성분)과 자기장에 수직인 방향으로 편광하는 직선편광(성분)으로 이루어지는데, 후자는 자기장이 작용하지 않을 때의 원래의 스펙트럼선 위치에서 크게 벗어난다.

원자의 상태가 전자의 스핀(전자의 고유 각운동량)과 관계하지 않는 경우에는 자기장에 수직인 방향에서 관측할 때 스펙트럼선은 , π, 의 3개(정상 제만 효과에 의한 3중선)로 분열되고, 그 간격은 4.67××HK이다.

여기서 단위 K(kayser)는 광파(光波)의 파수(波數)단위로, 1cm에 포함되는 파의 수를 나타내고, H는 자기장의 세기 (단위 : Oe)이다.

전자의 스핀이 관계하는 상태에서의 제만 효과는 더욱 복잡하고 개수도 많으며, 분열간격도 위의 수치와 다르다.

이 경우를 비정상(異常) 제만 효과라고 한다.

자기장의 세기가 대단히 강한 경우에는 비정상 제만 효과에 의한 복잡한 분열선도 크게 3개의 군(群)으로 나누어지고, 그 간격은 정상 제만 효과의 값에 가깝다.

이 현상을 파셴-백 효과라고 한다.

원자나 분자에서의 자기장에 의한 에너지 준위(準位)의 분열은 액체나 고체에서도 나타나며, 그것에 의한 광학적 성질의 변화를 일반적으로 자기 광학효과라고 한다.

고체에서는 발광 스펙트럼이나 흡수 스펙트럼의 선의 너비가 대단히 넓으므로 자기 광학효과도 스펙트럼선의 분열로는 관측할 수 없으나, 패러데이 효과(물질 속으로 자기장에 평행하게 직선편광을 통과시켰을 때 편광면이 회전하는 현상)나 자기원편광 2색성(물질을 통과할 때 생기는 흡수의 세기가 우회전 원편광의 경우에 다르게 나타나는 현상)으로 관측된다.