地磁场是行星地球最重要的物理场之一，起源于地球外核富铁流体的对流运动，已存在至少35亿年。地球外核是位于固体地幔之下(2900 km)和固体内核之上(5100km)的圈层，外核的对流运动受到热和成分两种对流的共同驱动，同时受到地球自转(科里奥利力)、地球磁场(洛伦兹力)、下地幔结构和内核性质等影响，其变化携带了丰富的地球内部动力学过程信息。地磁场经由固体地幔和地壳后到达地表和近地空间，形成了磁层，磁层阻挡着来自太阳风和宇宙高能带电粒子的侵袭和剥蚀。地磁场也为许多陆生和水生生物提供了可靠的定向和长距离迁徙导航参考场。同时，地磁场变化还直接影响人类空间探测活动，如大西洋磁异常(SAA)对卫星安全的影响。因此，地磁场不仅仅是认识地球内部动力学过程的一扇窗口和保护地球大气圈、水圈和生物圈的重要屏障，而且是人类深空探测活动需要深入了解的一个重要物理场。目前人们对于地磁场的观测手段主要包括：地磁台、地磁卫星、航测、考古磁学和古地磁学。本文将首先简要介绍地磁观测途径，接下来报告地磁场变化，如地磁长期变、地磁急变、地磁漂移、地磁极性倒转和极性超时(超静磁)等地磁场行为和现象的研究，变化的时间尺度从秒到上千万年，最后报告地磁场变化对生物地磁导航、微生物活动等影响研究，重点举例论述生物地磁学研究的一些最新进展。