L'efecte Zeeman consisteix en la separació en dues, tres o més línies espectrals d'una font lluminosa monocromàtica sotmesa a un camp magnètic intens. Aquest fenomen s'anomena així en honor del seu descobridor, el físic Pieter Zeeman, que el descobrí experimentalment el 1896. És equivalent a l'efecte Stark, però en aquest cas la separació de les línies espectrals en components és deguda a la presència d'un camp elèctric.
La distància espectral dels components és proporcional a la força del camp magnètic aplicat i al nombre de components espectrals generats. La polarització de cada component espectrals depèn de la seva orientació respecte a la línia de l'observador.
L'efecte Zeeman ocorre a causa del fet que cada electró que orbita al voltant d'un àtom genera un petit camp magnètic (moment magnètic associat). Quan un àtom se situa sota l'acció d'un camp magnètic fort, aquests electrons s'alineen en determinats angles discrets respecte al camp magnètic aplicat, en què cadascun correspon a certs nivells energètics marginals.