一様な外部磁場をかけた場合に、原子のエネルギー準位が分裂して、電磁波のスペクトル中の吸収線や輝線が移動したり、分裂して複数の線が現れる現象のこと。吸収線や輝線のエネルギーの変化量が磁場強度に比例するときは一次のゼーマン効果、2乗に比例するときは二次のゼーマン効果と呼ぶ。星間空間の磁場強度を測定する際に、中性水素原子の21cm輝線・OH分子の輝線・吸収線、CN分子の輝線などのゼーマン分裂が観測されている。なお、ゼーマン効果の観測では、右円偏波と左円偏波成分の差がストークスVプロファイル（ストークスパラメータを参照）に相当し、そのプロファイルから視線方向の磁場強度を測定することができる。シュタルク効果も参照。