Do thuộc tính của spin, spin trong các hạt cơ bản chỉ có thể định hướng theo 2 chiều lên (up) hoặc xuống (down). Độ phân cực spin được xác định là phần trăm sai khác giữa nồng độ các spin định hướng theo hai phương lên hoặc xuống [2]:

P = n ↾ − n ⇂ n ↾ + n ⇂ {\displaystyle P={\frac {n_{\upharpoonright }-n_{\downharpoonright }}{n_{\upharpoonright }+n_{\downharpoonright }}}}

với n ↾ , n ⇂ {\displaystyle n_{\upharpoonright },n_{\downharpoonright }} lần lượt là mật độ spin up và spin down.

Trong kỹ thuật, người ta có thể có nhiều cách khác nhau để xác định độ lớn của độ phân cực spin như sử dụng kính hiển vi điện tử, sử dụng kỹ thuật phổ phát xạ quang phân giải thời gian, kỹ thuật cộng hưởng thuận từ hay cộng hưởng sắt từ điện tử...