范·艾伦带最早是由范·艾伦及其合作者在探险工作中发现的，它主要由地磁场中捕获的高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子组成，其中只有很少百分比像O+这样的重粒子。从几百千米到6000千米的低空称为“内带”，有高能电子的6000km以上的高空称为“外带”。一旦带电粒子被捕获，洛伦兹力便控制它们在地磁层中的运动。

由于范艾伦曾经领导了美国缴获的V2导弹研究工作，并且范艾伦对宇宙射线的兴趣，所以在火箭上携带着测量近层宇宙空间的宇宙射线和其他高能粒子的仪器测量高能粒子成为可能。范爱伦首次在“探险者I号”安装了这些仪器，但是这些计数器到达很高的高度时，就失去计数能力。1958年3月发射的“探险者III号”上所携带的更可靠的计数器也是这样。 范艾伦由过去的经验假想，计数器的停止计数，可能并不是由于粒子数目真地降到零，也许是于是由于粒子数目太多，计数器根本来不及计数。他设计了一个由铜遮蔽的计数器，使它只能接受粒子中的一小部分。这种计数器在1958年7月26日由“探险者IV”号送入空间，计数的结果证实了他的假设。

在近层宇宙空间中，高能量的辐射远比人们设想的要多。 高能辐射层在赤道附近呈环状绕着地球，并向极区弯曲。这一辐射层的位置是变化的，通常就被称为范艾伦辐射带。六十年代初又被正式命名为磁层。 从磁层的形状来看，磁层中的粒子好像是被地球的磁场所束缚，并绕地球两极间的磁力线作螺旋形分布（埃尔泽塞尔认为磁力线起源于地球内部深处）。1958年8月，利用在地面上数百英里上空爆炸的一颗原子弹进行了验证这个实验称之为“阿格斯”（希腊神话中的百眼巨人）计划”。由核弹所产生的带电粒子的分布，证实了磁场确是磁层形成的决定因素，磁层这一名称便正式得到了采用。在1962年，另一些由范艾伦率先支持的高空实验，证实了磁层会发生变化，这使科学家们普遍感到意外。 磁层的存在，以及由于太阳的色球爆发，使辐射强度发生突然和不能预料的增加，似乎是人类进行宇宙探索的障碍。但是后来人类的一系列航天活动，证明磁层的存在并不是人类进行宇宙探索的障碍。