自旋方向表示电子自旋的方向。自旋量子数等于1/2，表示电子顺着磁场方向取向，用↑表示，说成逆时针自旋；自旋量子数等于-1/2表示逆着磁场方向取向，用↓表示，说成顺时针自旋。

电子自旋是电子的基本性质之一，是电子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称。1925年G.E.乌伦贝克和S.A.古兹密特受到泡利不相容原理的启发，分析原子光谱的一些实验结果，提出电子具有内禀运动——自旋，并且有与电子自旋相联系的自旋磁矩。由此可以解释原子光谱的精细结构及反常塞曼效应。1928年P.A.M.狄拉克提出电子的相对论波动方程，方程中自然地包括了电子自旋和自旋磁矩。电子自旋是量子效应，不能作经典的理解，如果把电子自旋看成绕轴的旋转，则得出与相对论矛盾的结果。

自旋量子数是描述电子自旋运动的量子数。自旋磁量子数用ms表示。除了量子力学直接给出的描写原子轨道特征的三个量子数n（主量子数）、l（角量子数）和m（磁量子数）之外，还有一个描述轨道电子特征的量子数，叫做电子的自旋磁量子数ms。原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外，也还有自旋运动。

直接从Schrödinger方程得不到第四个量子数——自旋量子数ms，它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的原子光谱，发现大多数谱线其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为电子在核外运动，还可以取数值相同，方向相反的两种运动状态，通常用↑和↓表示。

在经典力学中，一个粒子的角动量不仅有大小（取决于粒子转动的快慢），而且有方向（取决于粒子的旋转轴）。量子力学中的自旋同样有方向，但是是以一种更加微妙的形式出现的。

在量子力学中，对任意方向的角动量分量的测量只能取如下值：

其中ms是自旋量子数。可以看出对于给定的s，可以取“2ms+1”个不同的值。例如：对于自旋为1/2的粒子，

对于一个给定的量子态，可以给出一个自旋矢量 ，它的各个分量是自旋沿着各坐标轴分量的数学期望值， 。这个矢量描述自旋所指的“方向”，对应于经典物理下旋转轴的概念。

ms= 1/2，表示电子顺着磁场方向取向，用↑表示，说成逆时针自旋；ms=-1/2表示逆着磁场方向取向，用↓表示，说成顺时针自旋。当两个电子处于相同自旋状态时叫做自旋平行，用符号↑↑或↓↓表示。当两个电子处于不同自旋状态时，叫做自旋反平行，用符号↑↓或↓↑表示。