Rozsunięcie się poziomów energetycznych powoduje, że pojawiają się nowe wartości energii dla dozwolonych przejść elektronów – w miejsce jednej linii pojawia się kilka blisko siebie położonych linii spektralnych.
Wyróżnia się przy tym dwa rodzaje efektów: normalny oraz anomalny efekt Zeemana.
Normalny efekt Zeemana thumb|Animacja pokazuje, co dzieje się, gdy tworzy się plama na Słońcu (lub na innej gwieździe) i gdy wzrasta pole magnetyczne. Wtedy światło emitowane z plamy zaczyna wykazywać efekt Zeemana. Ciemne linie widmowe rozszczepiają się na trzy i natężenie polaryzacji kołowej w liniach widma wzrasta znacząco. Ten efekt polaryzacji jest potężnym narzędziem do wykrywania i pomiaru pola magnetycznego gwiazd.
Normalny efekt Zeemana powstaje, gdy spin walencyjnej powłoki atomowej jest równy zero. Wartość rozszczepienia poziomów energetycznych elektronów może zostać obliczona na podstawie wzoru półklasycznego (czyli takiego, jaki wyprowadzono po odkryciu efektu Zeemana, ale przed odkryciem spinu).