Die Magnetosphäre ist die die Erde umgebende Region des Weltraums, in der das Magnetfeld der Erde dominiert und nicht das Magnetfeld des interplanetaren Raums. Die Magnetosphäre entsteht durch die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Magnetfeld der Erde. Diese Abbildung veranschaulicht die Form und Größe des Erdmagnetfeldes, das sich ständig verändert, da es vom Sonnenwind angestoßen wird.
Vor mehreren tausend Jahren entdeckten die Chinesen, dass sich bestimmte magnetische Minerale, die so genannten lodestones, in etwa in Nord-Süd-Richtung ausrichten. Der Grund für diesen Effekt wurde jedoch erst um 1600 verstanden, als William Gilbert De Magnete veröffentlichte und nachwies, dass sich unsere Erde wie ein riesiger Magnet verhält und sich die Laststeine nach dem Magnetfeld der Erde ausrichten.
Nach weiteren Jahrhunderten der Erforschung weiß man heute, dass das Magnetfeld der Erde recht komplex ist, aber immer noch weitgehend als Dipol betrachtet werden kann, mit Nord- und Südpol wie ein einfacher Stabmagnet. Die magnetische Achse der Erde, der Dipol, ist um etwa 11 Grad zur Drehachse der Erde geneigt. Wäre der Weltraum ein Vakuum, würde sich das Magnetfeld der Erde bis ins Unendliche erstrecken und mit zunehmender Entfernung schwächer werden. Doch 1951 entdeckte Ludwig Biermann, als er untersuchte, warum die Kometenschweife immer von der Sonne wegzeigen, dass die Sonne das ausstrahlt, was wir heute als Sonnenwind bezeichnen. Dieser kontinuierliche Plasmastrom, der hauptsächlich aus Elektronen und Protonen besteht und ein Magnetfeld enthält, interagiert mit der Erde und anderen Objekten im Sonnensystem.
Der Druck des Sonnenwindes auf das Magnetfeld der Erde komprimiert das Feld auf der Tagseite der Erde und dehnt es zu einem langen Schweif auf der Nachtseite. Die Form des daraus resultierenden verzerrten Feldes wurde mit dem Aussehen von Wasser verglichen, das in einem Bach um einen Felsen herumfließt. Auf der Tagseite der Erde erstreckt sich das Magnetfeld nicht bis ins Unendliche, sondern nur bis zu einem Abstand von etwa 10 Erdradien vom Erdmittelpunkt, und auf der Nachtseite ist das Feld auf Hunderte von Erdradien ausgedehnt, weit über die Umlaufbahn des Mondes bei 60 Erdradien hinaus.
Die Grenze zwischen dem Sonnenwind und dem Magnetfeld der Erde wird Magnetopause genannt. Die Grenze ist ständig in Bewegung, da die Erde von dem sich ständig verändernden Sonnenwind getroffen wird. Obwohl die Magnetopause uns bis zu einem gewissen Grad vor dem Sonnenwind schützt, ist sie keineswegs undurchdringlich, und Energie, Masse und Impuls werden vom Sonnenwind auf Regionen innerhalb der Magnetosphäre der Erde übertragen. Durch die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und dem Magnetfeld der Erde sowie durch den Einfluss der darunter liegenden Atmosphäre und Ionosphäre entstehen innerhalb der Magnetosphäre verschiedene Bereiche mit Feldern, Plasmen und Strömungen, wie die Plasmasphäre, der Ringstrom und die Strahlungsgürtel. Dies hat zur Folge, dass die Bedingungen in der Magnetosphäre sehr dynamisch sind und das sogenannte „Weltraumwetter“ hervorrufen, das technische Systeme und menschliche Aktivitäten beeinträchtigen kann. Die Strahlungsgürtel können sich beispielsweise auf den Betrieb von Satelliten auswirken, und Partikel und Strömungen aus der Magnetosphäre können die obere Atmosphäre aufheizen und zu einem Luftwiderstand führen, der die Umlaufbahnen von Satelliten in geringer Höhe in der Erdumlaufbahn beeinflussen kann. Die Einflüsse der Magnetosphäre auf die Ionosphäre können auch Kommunikations- und Navigationssysteme beeinträchtigen. Alle diese Auswirkungen werden an anderer Stelle ausführlicher behandelt.