Ο σίδηρος, το νικέλιο, το κοβάλτιο και μερικές από τις σπάνιες γαίες (γαδολίνιο, δυσπρόσιο) παρουσιάζουν μια μοναδική μαγνητική συμπεριφορά που ονομάζεται σιδηρομαγνητισμός επειδή ο σίδηρος (ferrum στα λατινικά) είναι το πιο κοινό και πιο σημαντικό παράδειγμα. Το σαμάριο και το νεοδύμιο σε κράματα με κοβάλτιο έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πολύ ισχυρών μαγνητών σπανίων γαιών. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά εμφανίζουν ένα φαινόμενο ταξινόμησης μεγάλης εμβέλειας σε ατομικό επίπεδο, το οποίο ωθεί τις μη ζευγαρωμένες περιστροφές ηλεκτρονίων να ευθυγραμμιστούν παράλληλα μεταξύ τους σε μια περιοχή που ονομάζεται τομέας. Μέσα στον τομέα, το μαγνητικό πεδίο είναι έντονο, αλλά σε ένα μαζικό δείγμα το υλικό συνήθως δεν μαγνητίζεται επειδή οι πολλοί τομείς θα είναι τυχαία προσανατολισμένοι ο ένας ως προς τον άλλο. Ο σιδηρομαγνητισμός εκδηλώνεται στο γεγονός ότι ένα μικρό εξωτερικά επιβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, ας πούμε από ένα σωληνοειδές, μπορεί να προκαλέσει την ευθυγράμμιση των μαγνητικών τομέων μεταξύ τους και τότε θα λέμε ότι το υλικό μαγνητίζεται. Το μαγνητικό πεδίο εκκίνησης θα αυξηθεί στη συνέχεια κατά ένα μεγάλο συντελεστή που συνήθως εκφράζεται ως σχετική διαπερατότητα για το υλικό. Υπάρχουν πολλές πρακτικές εφαρμογές σιδηρομαγνητικών υλικών, όπως ο ηλεκτρομαγνήτης. Οι σιδηρομαγνήτες τείνουν να παραμένουν μαγνητισμένοι σε κάποιο βαθμό αφού υποβληθούν σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Αυτή η τάση να «θυμούνται τη μαγνητική τους ιστορία» ονομάζεται υστέρηση. Το κλάσμα της μαγνήτισης κορεσμού που διατηρείται όταν αφαιρεθεί το πεδίο εκκίνησης ονομάζεται παραμένων υλικό, και αποτελεί σημαντικό παράγοντα στους μόνιμους μαγνήτες. Όλοι οι σιδηρομαγνήτες έχουν μέγιστη θερμοκρασία όπου η σιδηρομαγνητική ιδιότητα εξαφανίζεται ως αποτέλεσμα της θερμικής διέγερσης. Αυτή η θερμοκρασία ονομάζεται θερμοκρασία Curie. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά ανταποκρίνονται μηχανικά σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, αλλάζοντας ελαφρώς το μήκος προς την κατεύθυνση του εφαρμοσμένου πεδίου. Αυτή η ιδιότητα, που ονομάζεται μαγνητική συστολή, οδηγεί στο γνωστό βουητό των μετασχηματιστών καθώς ανταποκρίνονται μηχανικά σε τάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος  AC 60 Hz.