1896年,荷蘭物理學家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場中的鈉火焰的光譜,他發現鈉的D譜線似乎出現了加寬的現象。這種加寬現象實際是譜線發生了分裂。隨后不久,塞曼的老師、荷蘭物理學家洛侖茲應用經典電磁理論對這種現象進行了解釋。他認為,由于電子存在軌道磁矩,并且磁矩方向在空間的取向是量子化的,因此在磁場作用下能級發生分裂,譜線分裂成間隔相等的3條譜線。塞曼和洛侖茲因為這一發現共同獲得了1902年的諾貝爾物理學獎。
塞曼效應的發現者——荷蘭物理學家塞曼。
1897年12月,普雷斯頓(T.supeston)報告稱,在很多實驗中觀察到光譜線有時并非分裂成3條,間隔也不盡相同,人們把這種現象叫做為反常塞曼效應,將塞曼原來發現的現象叫做正常塞曼效應。反常塞曼效應的機制在其后二十余年時間里一直沒能得到很好的解釋,困擾了一大批物理學家。1925年,兩名荷蘭學生烏侖貝克(G.E.Uhlenbeck,1900--1974)和古茲米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了電子自旋假設,很好地解釋了反常塞曼效應。
應用正常塞曼效應測量譜線分裂的頻率間隔可以測出電子的荷質比。由此計算得到的荷質比數值與約瑟夫·湯姆生在陰極射線偏轉實驗中測得的電子荷質比數量級是相同的,二者互相印證,進一步證實了電子的存在。
塞曼效應也可以用來測量天體的磁場。1908年美國天文學家海爾等人在威爾遜山天文臺利用塞曼效應,首次測量到了太陽黑子的磁場。
1912年,帕邢和拜克(E.E.A.Back)發現在極強磁場中,反常塞曼效應又表現為三重分裂,叫做帕邢-拜克效應。這些現象都無法從理論上進行解釋,此后二十多年一直是物理學界的一件疑案。正如不相容原理的發現者泡利后來回憶的那樣:“這不正常的分裂,一方面有漂亮而簡單的規律,顯得富有成果;另一方面又是那樣難于理解,使我感覺簡直無從下手。"
1921年,德國杜賓根大學教授朗德(Landé)發表題為:《論反常塞曼效應》的論文,他引進一因子g代表原子能級在磁場作用下的能量改變比值,這一因子只與能級的量子數有關。
1925年,烏倫貝克與古茲米特"為了解釋塞曼效應和復雜譜線"提出了電子自旋的概念。1926年,海森伯和約旦引進自旋S,從量子力學對反常塞曼效應作出了正確的計算。由此可見,塞曼效應的研究推動了量子理論的發展,在物理學發展史中占有重要地位。