從根本上說主要是由于自旋電子之間的交換作用使得磁性半導體具有磁性。經常用于解釋磁性半導體的磁性起源的交換作用模型有描述絕緣體中磁性的直接交換作用和超交換作用、載流子媒介交換作用和描述部分氧化物中摻雜磁性的束縛磁極化子模型。
傳統鐵磁金屬之間的鐵磁耦合用直接交換作用機制來描述，而金屬氧化物、硫化物、氟族化合物以及鐵氧體中的反鐵磁性或亞鐵磁性則用超交換作用機制來描述。
超交換作用又可以稱作間接交換作用，其特點就是磁性原子間的相互作用是通過中間的陰離子間接完成的。超交換作用的哈密頓量可以通過海森堡模型來描述，此時的交換積分符號取決于金屬氧化物的鍵角和過渡金屬的d 電子組態。
通常來說，如果磁性金屬離子3d 軌道態的電子數達到或超過半滿，那么由它構成的離子性化合物呈反鐵磁性；如果磁性金屬離子3d 軌道態的電子數不到半滿，那么由它構成的離子性化合物呈鐵磁性；但是否具有鐵磁性還需考慮金屬氧化物的鍵角和過渡金屬的d 電子的組態。
研究磁性半導體類材料的常用方法是第一性原理計算。常用的有密度泛函理論贗勢平面波方法、基于格林函數方法和基于原子軌道線性組合方法等。鐵磁性半導體的居里溫度也有很多種理論計算方法。
如統計力學貝斯－皮埃爾斯方法和蒙特卡羅方法；外斯分子場近似方法；貝特派厄耳外斯近似方法；高溫展開法；格林函數方法等。這些方法適用的范圍不同，比如高溫展開的方法適用于居里溫度附近；而外斯分子場近似和格林函數的方法適用于較寬溫度范圍；統計力學方法是從動力學著眼研究居里溫度。其中外斯分子場近似方法簡單易行，常常用來估計居里溫度的大致范圍。不足之處是這種方法得到的居里溫度常常高于實際溫度。
