電介質的極化過程在微觀上有不同的機制，而且各種機制所起作用的條件也不同。任何物質的分子和原子（以下統稱分子）都是由帶負電的電子和帶正電的原子核構成，整個分子電荷的代數和為零，因此整個分子對外不顯電性。正、負電荷都不是集中在一點，但在離開分子的距離比分子的線度大得多的地方，分子中全部負電荷的影響將和一個單獨的負電荷等效。這個等效負電荷的位置稱為這個分子負電荷的“重心”；同樣，每個分子的正電荷也有一個正電荷“重心”。按重心的分布可將分子分為兩類：一類分子正負電荷的重心是重合的，稱為無極分子；而另一類的正負電荷中心不重合，稱為極性分子。每個極性分子構成一個電偶極子，形成一定的電偶極矩，稱為分子的固有電矩。
在沒有外電場的情況下，物質中無極分子沒有電矩，有極分子的電矩取向也是雜亂無章的，宏觀上眾多分子的總電矩為零。現在我們加上外電場，在場力作用下，每個分子的正、負電荷重心錯開了，形成電偶極子，分子電偶極矩的方向沿外電場方向。這種在外電場作用下形成的電偶極矩稱為感生電矩。極性分子的電矩則轉向外場的方向。
就這樣，偶極分子和無極分子都在電場作用下發生極化。從極化的微觀機制，可細分為以下三種。
1.電子云位移極化
如圖4－11所示，每個原子核的周圍都籠罩著一團電子云，該電子云的中心就是這個原子負電荷中心。在外電場E0作用下，電子云的形狀發生畸變，負電荷中心（重心）發生偏移，偏離正電荷中心（重心），發生極化。因為電子質量比原子核小得多，所以在外場作用下的位移主要是電子位移，故稱為電子位移極化。
圖4－11 電子位移極化示意圖
2.離子位移極化
一些構成礦物的晶體屬于離子晶體。在離子晶體（如氯化鈉晶體）中，由于正、負離子空間排列的對稱性，晶胞的固有電偶極矩等于零。當出現電場E0時，所有正離子受電場作用，沿E0方向作相同的位移，而負離子卻朝反方向位移，從而產生電矩。
3.偶極子（極性分子）取向極化
如圖4－12所示，在沒有外加電場情況下，對每一個特定的極性分子來說，由于整體的旋轉運動以及與其他分子碰撞的結果，它的電矩在空間取向無規則地變化著，于是電矩矢量按時間的平均值為零；另一方面，大量分子熱運動的結果，使得在某一瞬時在一定空間范圍內各分子的電矩取向雜亂無章，彼此互相抵消，結果大量分子平均瞬時電矩矢量等于零。外加電場出現后，偶極分子沿電場E0取向，產生極化。
圖4－12 極性分子取向極化示意圖
必須說明一點，雖然宏觀上出現了沿電場取向，但微觀上并不是所有偶極分子都沿電場取向。實際上分子電矩沿電場取向具有較低的能量，但熱運動擾亂了這種趨勢，使得在平均意義上電矩朝電場取向占有優勢，從而顯現出宏觀的極化。外電場加強時，會有更多的電矩（或者電矩有更多的機會）朝向電場取向，使宏觀極化增強，而環境溫度增加導致熱運動加劇，會使極化減弱。從固體物理知識可以得到偶極取向極化率αd的表達式：
儲層巖石物理學
式中：p0為分子固有電矩；k稱波爾茲曼常數，為1.380662×10－23J/K；T為絕對溫度。在地球物理觀測中偶極取向極化起著十分重要的作用，一般電磁場頻率在109 Hz以下，偶極極化才有貢獻，頻率再增高，偶極分子的轉向速度跟不上，無法產生偶極極化。原子或分子受外加電場E極化而產生的電矩p存在如下經驗關系：
儲層巖石物理學
稱α為微觀極化率（polarizability）。一個粒子對極化的貢獻可以來自不同的原因。電子云畸變引起的負電荷中心位移貢獻的部分記為αe，離子位移貢獻的部分記為αi，固有偶極矩取向作用貢獻的部分記為αd，總的微觀極化率為各種貢獻的總和，即
儲層巖石物理學
