反常塞曼效应是指在弱磁场中的原子，由于磁场足够弱因而自旋轨道耦合能量不能忽略，原子能级的精细结构因弱磁场的存在而进一步发生分裂的现象。这个效应最初由托马斯·普雷斯顿（T. Preston）在1897年发现，当时他观察到塞曼效应中光谱线的分裂个数可以不只是3个，分裂谱线的间隔也可以不同，这与正常塞曼效应的预期不符。
正常塞曼效应可以用经典理论解释，即在强磁场下，原子的轨道磁矩导致能级的分裂，分裂的谱线为三条，且裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位。然而，反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，直到1925年，乌仑贝克（G.E. Uhlenbeck）和古兹米特（S.A. Goudsmit）提出了电子自旋假设，这一假设很好地解释了反常塞曼效应。
在反常塞曼效应中，由于自旋效应，会导致其磁矩在磁场中产生一个附加的能量，对应角动量量子数的不同会有不同的能级，这样的结果是能级分裂，即塞曼分裂。对于非单态的谱线，即总自旋不为0的谱线，在磁场中表现出反常塞曼效应，谱线分裂条数不一定是3条，间隔也不一定是一个洛仑兹单位。例如，钠原子的589.6nm和589.0nm的谱线，在外磁场中的分裂就是反常塞曼效应。
反常塞曼效的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步，并且在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度。此外，塞曼效应也可以用来测量天体的磁场，例如太阳黑子的磁场。
