Ο μηχανικός σχεδιασμός των ηλεκτρομαγνητών συστηματοποιείται μέσω της έννοιας του μαγνητικού κυκλώματος. Στο μαγνητικό κύκλωμα μια μαγνητοκινητική δύναμη  F,  ή  F_m, ορίζεται ως οι στροφές amperes του πηνίου που παράγουν το μαγνητικό πεδίο για να παράγουν τη μαγνητική ροή στο κύκλωμα. Έτσι, εάν ένα πηνίο  n  στροφών ανά μέτρο μεταφέρει ρεύμα  i  amperes, το πεδίο μέσα στο πηνίο είναι  ni  amperes ανά μέτρο και η μαγνητοκινητική δύναμη που δημιουργεί είναι  μηδενικές  στροφές amperes, όπου  l  είναι το μήκος του πηνίου. Πιο βολικά, η μαγνητοκινητική δύναμη είναι  Ni,  όπου  N είναι ο συνολικός αριθμός στροφών στο πηνίο. Η πυκνότητα μαγνητικής ροής  Β  είναι το ισοδύναμο, στο μαγνητικό κύκλωμα, της πυκνότητας ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Σ' ένα μαγνητικό κύκλωμα το μαγνητικό ισοδύναμο με το ρεύμα είναι η συνολική ροή που συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα,  ϕ , που δίνεται από το  ΒΑ,  όπου  Α  είναι η διατομή του μαγνητικού κυκλώματος. Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα η ηλεκτροκινητική δύναμη ( Ε ) σχετίζεται με το ρεύμα,  i,  στο κύκλωμα με  E  =  Ri,  όπου  R  είναι η αντίσταση του κυκλώματος. Στο μαγνητικό κύκλωμα  F  =  r ϕ , όπου  r  είναι η αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος και ισοδυναμεί με αντίσταση στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Η αντίσταση λαμβάνεται διαιρώντας το μήκος της μαγνητικής διαδρομής  l  με τη διαπερατότητα επί τους χρόνους της περιοχής διατομής  Α . Έτσι  r  =  l/ μ A,  όπου το ελληνικό γράμμα, μ,  συμβολίζει τη διαπερατότητα του μέσου που σχηματίζει το μαγνητικό κύκλωμα. Οι μονάδες της αντίστασης είναι στροφές ampere ανά weber. Αυτές οι έννοιες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της αντίστασης ενός μαγνητικού κυκλώματος και συνεπώς του ρεύματος που απαιτείται μέσω ενός πηνίου για να επιφέρει την επιθυμητή ροή μέσω αυτού του κυκλώματος.

Διάφορες παραδοχές που εμπλέκονται σε αυτόν τον τύπο υπολογισμού, ωστόσο, το καθιστούν στην καλύτερη περίπτωση μόνο έναν κατά προσέγγιση οδηγό σχεδιασμού. Η επίδραση ενός διαπερατού μέσου σε ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να απεικονιστεί σαν να συσσωρεύει τις μαγνητικές γραμμές δύναμης στον εαυτό του. Αντίστροφα, οι γραμμές δύναμης που περνούν από μια περιοχή υψηλής σε μια χαμηλής διαπερατότητας τείνουν να εξαπλωθούν και αυτό θα συμβεί σε ένα κενό αέρα. Έτσι, η πυκνότητα ροής, η οποία είναι ανάλογη με τον αριθμό των γραμμών δύναμης ανά μονάδα εμβαδού, θα μειωθεί στο διάκενο αέρα από τις γραμμές που διογκώνονται προς τα έξω, ή περιθωριοποιούνται, στις πλευρές του διακένου. Αυτό το αποτέλεσμα θα αυξηθεί για μεγαλύτερα κενά. Γι' αυτό μπορούν να γίνουν πρόχειρες διορθώσεις για να ληφθεί υπόψη το φαινόμενο του περιθωρίου.

Έχει επίσης υποτεθεί ότι το μαγνητικό πεδίο περιορίζεται εξ ολοκλήρου μέσα στο πηνίο. Στην πραγματικότητα, υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα διαρροής, που αντιπροσωπεύεται από μαγνητικές δυναμικές γραμμές γύρω από το εξωτερικό του πηνίου, η οποία δεν συμβάλλει στη μαγνήτιση του πυρήνα. Η διαρροή είναι γενικά μικρή εάν η διαπερατότητα του μαγνητικού πυρήνα είναι σχετικά υψηλή.

Στην πράξη, η διαπερατότητα ενός μαγνητικού υλικού είναι συνάρτηση της πυκνότητας ροής σε αυτό. Έτσι, ο υπολογισμός μπορεί να γίνει μόνο για ένα πραγματικό υλικό εάν είναι διαθέσιμη η πραγματική καμπύλη μαγνήτισης ή, πιο χρήσιμα, μια γραφική παράσταση  μ  σε σχέση με το  Β  .

Τέλος, ο σχεδιασμός υποθέτει ότι ο μαγνητικός πυρήνας δεν μαγνητίζεται μέχρι κορεσμού. Αν συνέβαινε κάτι τέτοιο, η πυκνότητα ροής δεν θα μπορούσε να αυξηθεί στο διάκενο αέρα σε αυτό το σχέδιο, ανεξάρτητα από το πόσο ρεύμα διέρχεται από το πηνίο. Αυτές οι έννοιες επεκτείνονται περαιτέρω στις ακόλουθες ενότητες για συγκεκριμένες συσκευές.

Σχεδιασμός μεγάλων ηλεκτρομαγνητών.

Αργά ή γρήγορα σχεδόν κάθε επιστημονικό ερευνητικό εργαστήριο διαπιστώνει ότι απαιτεί μια εγκατάσταση για την παραγωγή μεγάλων μαγνητικών πεδίων. Ορισμένες προηγμένες τεχνολογίες απαιτούν επίσης μεγάλους ηλεκτρομαγνήτες. Ένα κυκλοτρόνιο, για παράδειγμα, είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για επιστημονική έρευνα στην οποία τα υποατομικά φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται από εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιεί έναν μεγάλο μαγνήτη για να παράγει μέτρια πεδία αλλά με διάμετρο πόλου που μπορεί να είναι αρκετά μέτρα. Ορισμένες βιομηχανίες χρησιμοποιούν τεράστιους ηλεκτρομαγνήτες υψηλής ισχύος για σκοπούς ανύψωσης.

Οι βασικές αρχές σχεδιασμού των μεγάλων ηλεκτρομαγνητών είναι αυτές που συζητήθηκαν νωρίτερα. Οι δυσκολίες προκύπτουν στην προσπάθεια εκτίμησης του μεγέθους της περιθωριακής ροής στο διάκενο αέρα και της ροής διαρροής γύρω από τα πηνία. Τα αποτελέσματά τους ελαχιστοποιούνται με τη χρήση κωνικού σχήματος για τους πυρήνες και τα καλύμματα πόλων.. Επειδή ο μαλακός σίδηρος κορεστεί στα 2,16 webers ανά τετραγωνικό m, οι πυκνότητες ροής στο διάκενο αέρα γενικά περιορίζονται στην περιοχή των 2,1 webers ανά τετραγωνικό m με μαγνήτες σιδήρου.

Όταν έχει σχεδιαστεί για σκοπούς ανύψωσης ή μεταφοράς φορτίου, μπορεί να απαιτείται ηλεκτρομαγνήτης για να έχει μία μόνο εκτεθειμένη πρόσοψη πόλου στην οποία θα προσκολλάται το φορτίο που πρόκειται να μεταφερθεί και, ως εκ τούτου, θα έχει το σχήμα μαγνήτη ράβδου. Στη συνέχεια, το σχέδιο κυριαρχείται από το πεδίο απομαγνήτισης. Οι μαγνήτες κατάλληλα σχεδιασμένοι μπορούν να σηκώσουν πολλές φορές το βάρος τους και χρησιμοποιούνται γενικά σε χαλυβουργίες και μάντρες.