تتأثر كل من شدة المجال المغناطيسي الأرضي واتجاهه في كل نقطة من نقاطه بعاملين أساسيين احدهما داخلي (جيولوجي) ويتمثل في عدم استقرار البنية الباطنية للأرض وعدم تجانس توزيع المكونات، أما العامل الأخر فهو خارجي ويتمثل في الرياح الشمسية والتيارات الحلقية التي تسببها الجسيمات المحتجزة داخل منطقة الماغنيطوسفير (magnetosphere) تؤدي هذه العوامل إلى نوعين من التغيرات في المجال المغناطيسي، النوع الأول هو تغيرات محلية في شدة واتجاه المجال وهي تغيرات تحدث خلال فترات زمنية قصيرة (من بضعة ثواني إلى غاية عدة سنوات) وتظهر على شكل اهتزازات حول قيمة معينة لشدة المجال، هذه التغيرات يسببها بشكل أساسي العامل الخارجي إضافة إلى التيارات التي تسببها حركة المواد الغنية بالحديد الموجودة بباطن الأرض (مبدأ التوليد dynamo لفاراداي Faraday) أما النوع الثاني فهو تغيرات مستمرة بعيدة المدى ويسببها حصرا العامل الجيولوجي أي عدم استقرار البنية الداخلية للأرض. فقد أثبتت عمليات القياس أن شدة المجال المغناطيسي تتناقص باستمرار بمعدل 0.05% لكل سنة. كما أن مقر القطبين يتغير أيضا باستمرار بحيث يتراوح محور المجال المغناطيسي بمعدل 0.014% كـل سنة (اثبت علم التاريخ المغناطيسي paleomagnetic أن المجال غيـر اتجاهه 171 مرة خلال ألـ 75 مليون سنة الأخيرة).

إن هذه التغيرات جعلت من التعبير عن المجال المغناطيسي الأرضي بدالة تحليلية أمرا مستحيل ولذلك فقد تم اللجوء إلى وضع نماذج عددية للمجال المغناطيسي الأرضي، تعتمد كل النماذج العددية على العمل الذي قدمه فريديريك كاوس سنة 1838، التغيرات التي يحدثها العامل الخارجي تمثل (1%) تأخذ في الحسبان التغيرات الناجمة عن العامل الجيولوجي واعتبر المجال المغناطيسي مشتق من انحدار الجهد:

حيث أن (θ P^m_l (cos هو متعدد حدود ليجندر المرافقassociated Legender polynomial)) وهي تحقق الشرط الأتي:

المعاملات (t)g^m_l  و(t)h^m_l  هي معاملات كاوس ويتم الحصول عليها بواسطة القياس المباشر للمجال المغناطيسي الأرضي. العدد الطبيعي N، يتم اختياره على حسب الدقة المطلوبة يشار هنا إلى انه هناك علاقة تربط بين هذا العدد وعدد عمليات القياس المباشر اللازمة وهي:

عدد عمليات القياس = 1 – ²(N+1)

أما الثابت a فهو نصف قطر الأرض (6371.2 كيلومتر).