斯特恩-蓋拉赫實驗是一種證實原子在磁場中取向量子化的實驗。該實驗裝置使銀原子在電爐內蒸發並形成細束，通過一個抽成真空的不均勻磁場區域，最終到達照相底片上。實驗結果表明，原子在磁場中不能任意取向，而是分成兩束，這表明原子的磁矩在磁場方向上的分量是量子化的。
實驗原理基於銀原子內部電子的角動量和磁矩。銀原子內部含有47個電子，其中46個電子可以形成一個淨角動量為零的球對稱電子雲。原子作為一個整體的主要角動量來源於第47個電子（5s電子）的自旋角動量。因此，整個銀原子可以看作只有一個磁矩，這個磁矩等於第47個電子的自旋對應的磁矩。
當原子通過不均勻磁場時，它們會根據磁矩的不同而在磁場中發生偏轉。如果忽略核自旋，原子流會根據磁矩的不同而發生劈裂。實驗結果發現，銀原子分裂成了兩束，表明電子的自旋磁矩在磁場方向上的分量只有兩個可能值，分別是向上和向下。
這個實驗是電子自旋概念提出的重要背景，它為量子力學提供了關鍵證據。實驗結果說明，電子的自旋是一個沒有經典理論對應的物理量，電子的自旋磁矩在磁場方向上的分量是量子化的。