쌍극자 모멘트에는 두 가지 종류가 있다. 하나는 전자 그 자체에 의한 전기 쌍극자 모멘트와, 다른 하나는 전류에 의한 자기 쌍극자 모멘트.
1 전기 쌍극자 모멘트
하나의 공유 결합 내에서, 전자가 두 개의 원자 중 전기 음성도가 큰 원자 쪽으로 더 많이 끌리게 된다. 여기서 상대적으로 전기 음성도가 큰 원자는 (-)전하를 띄게 되고, 전기 음성도가 작은 원자는 (+)전하를 띄게 되는 것을 쌍극자라 한다. 이때 두 극의 세기와 두 원자핵 사이의 거리를 곱한 벡터량을 쌍극자 모멘트라 하고, 방향은 (+)극에서 (-)극으로 향하는 쪽이다. 따라서 산소, 질소와 같이 전기 음성도가 같은 두 원자로 이루어진 분자는 쌍극자 모멘트가 0인 무극성 분자이다.
분자가 전기장 내에 놓일 경우, 전자가 전기장에 의해 힘을 받아 이동하므로 무극성 분자도 유도된 쌍극자 모멘트를 가질 수 있다.
2원자 분자에 쌍극자 모멘트가 있다면 그 분자는 반드시 극성 분자이고, 3원자 이상의 분자는 쌍극자 모멘트가 있더라도 그 합이 0이면 무극성 분자이다.
특성상 고분자에 가까워질수록 쌍극자 모멘트는 옅어진다. 주위에서 흔하게 볼 수 있는 물질 중 쌍극자 모멘트가 특히 강한 것으로는 설탕이 있다.
물리적으로 +q와 -q의 전하량을 가지는 전하 한 쌍으로 이루어진 간단한 구조의 전기 쌍극자 모멘트는 다음과 같이 정의한다.
[math] \vec {p}=q\vec{d}[/math]
이 때 d는 음전하에서 양전하로 향하는 두 전하 사이의 변위벡터가 된다.
또한 전기장에 놓인 전기쌍극자는 토크와 퍼텐셜에너지를 갖게 되는데 각각 다음과 같다.
[math]\vec {\tau }=\vec {p}\times \vec {E} [/math]
[math]U=-\vec{p}\cdot \vec{E}[/math]
2 자기 쌍극자 모멘트
전기 쌍극자 모멘트와 마찬가지로 자기 쌍극자 모멘트 또한 존재한다. 허나 전류의 흐름으로 만들어지는 자기장은 언제나 쌍극자 이상으로만 존재할 수 있다.[1]
전류 밀도 J가 흐르는 물체의 자기 쌍극자 모멘트 m은
[math] \vec{m}={1 \over 2} \int \vec{r} \times \vec{J}\, dV [/math]
다음과 같이 나타낼 수 있다.
이때 외부에서 자기장 B가 작용하는 경우, 토크 [math]\tau[/math]와 퍼텐셜에너지 U는 다음과 같다.
[math]\vec{m} = \vec{\tau} \times \vec{B}[/math]
[math]U=-\vec{m} \cdot \vec{B}[/math]- ↑ 자기장의 발산은 0이기 때문이다.