Se basa en el hecho de que la polaridad magnética de la Tierra no es estática: los polos Norte y Sur magnéticos se invierten cada cierto tiempo por causas aún poco conocidas. No se presentan pautas o ciclos periódicos. Estos cambios de polaridad quedan reflejados en las rocas de origen ígneo y en algunos estratos sedimentarios, en los que las partículas minerales magnéticas quedan orientadas según la posición de los polos magnéticos en el momento de su formación, a modo de "brújulas fosilizadas". El último gran cambio de polaridad (de sur a norte) se dio hace 780 milenios (Inversión magnética de Brunhes-Matuyama).
El paleomagnetismo fue muy importante en la excavación de Atapuerca: en el sector de Gran Dolina, los estratos en los que se estaban sacando restos humanos de “Homo antecesor” (TD 6), se formaron en una época de polaridad inversa, por lo que son más antiguos de 780.000 años.