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在古代和中世纪早期，没有精确的地图或航海图，在大海里精确推算距离也是不可能的，所以水手主要依靠个人经验和对船只的航行能力、风向、潮汐、洋流、近海水域的深度，在特定水域发现的鱼类、鸟类、海洋动物及对各个海岸的特征的了解。如果有必要，他们还会利用其他水手积累的知识和经验。这种对各地的方位，以及如何到达目的地的了解，可以从对冰岛位置的描述中得到证明，它来自冰岛的《殖民地之书》，该书成于12世纪。
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“智者报告说，从挪威的斯塔德（Stad）向西航行7天到达冰岛的霍恩，从斯奈山半岛（冰岛西部）向西航行4天就到达格陵兰，海洋在这里最狭窄。据说如果有人从卑尔根沿着正西方向航行，到达格陵兰的送别角，那么他再航行半天就可到达冰岛南部。从冰岛南部的雷克雅内斯向南航行5天就可到达冰岛的斯莱恩角，从冰岛北部的朗加内斯向北航行4天就可到达北冰洋的斯瓦尔巴群岛。”[3]
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这段摘录自冗长的关于冰岛早期历史和移民记录的文字生动地说明了航海图和仪器出现前的实际航海情况。航程是以一天航行的大致距离为基础来推算的。这并非意味着所有船只在相同时间里航行的距离相等。它应该被理解为非常粗略的估算，以一艘快速帆船在晴天而且顺风风力很大的情况下，能够（乐观地估计）航行的距离为前提。这里给出的数字相对合理地反映了真实距离，因为冰岛距挪威西海岸大致相当于它距格陵兰东海岸距离的两倍。实际上，很少有船只航速能如此快。到达冰岛和斯瓦尔巴群岛（又译斯皮兹比尔根岛）的时间是尤其乐观的估计，但是它们似乎考虑到了主要洋流和风向。在春天和夏天，从挪威出海向西航行肯定是有利的，但是夏末和秋天风向西吹的时候最为有利。那些作为标志的地方大多数是海岬。斯奈山半岛和雷克雅内斯就是冰岛西南海岸的两个小半岛。现代冰岛的首都雷克雅未克就位于两个半岛之间的法赫萨湾旁边。斯莱恩角曾经叫玛莉特半岛，位于梅奥的西海岸。即使是地势非常低洼的海岬，从海上10英里左右的地方也能被看见。对新手而言，区分海岸线上的不同海岬的确有困难，但是老练的水手能轻易发现它们之间的细微差异。经验丰富的水手记住了大量不同海岸的特征，这使得他们能够分辨何时到达某个特殊地点。他们还可以通过取自船底的岩石、沙子或稀泥来了解海底情况。探测水深也会很有帮助，不仅在决定继续安全航行的可能性方面，而且在推算一艘船只的位置方面。在水深变化大、地质条件复杂的海域，这些检验航行条件和方位的方法显然更有用处。地中海的水手比那些在北海和大西洋航行的水手更少使用这些方法。
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波多兰航海图
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水手们使用“航位推测法”并不能准确判断航行路线，相反如果算错一个航位，下一个航位也会不正确，由此累积的误差经常导致航行无法到达目的地。航海图虽然能够帮助水手增加对海洋空间的地理掌控，但是保障安全航行的话，还得依靠水手们丰富的航海经验。
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当地气象知识的重要性可用著名的季风例子加以阐释。东西向交替的季风对航海之所以重要，就是因为它们能使非常坚固的船只快速而直接地穿越印度洋。它们还促进了东非、阿拉伯半岛、印度、东南亚群岛沿海地区的航海事业。季风自6月到9月从西南吹向东北，11月到4月从东北吹向西南。季风的名称起源于阿拉伯语“mausim”，意思是“风的季节”。这些风促进了远距离季节性航海的发展。季风模式的发现是印度洋地区航海的一个巨大进步。大约到公元前第一个千年中期，或公元前600年之前，人们就掌握了季风的规律，使得东非与印度、印度与东南亚之间通过横跨印度洋建立了更直接的贸易路线。季风还改善了近东与地中海和南亚之间的航海联系。每个地区都增加了对其他地区各民族及其产品和需求的了解。地中海的水手最终从有经验的印度洋水手那里学会了如何预测和利用季风。
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后来，欧洲水手取得了同样重要的发现。在15世纪后期和16世纪早期葡萄牙影响扩大的过程中，对西大西洋的风向和西非沿岸陆风知识的日益了解发挥了重要作用。瓦斯科·达·伽马在1497年到达好望角的航程中充分利用了盛行的季风。1611年，荷兰船长亨德里克·布劳沃发现了如何利用强劲的西风从好望角直接航行到苏门答腊与爪哇之间的巽他海峡。后来，在这些大西洋“咆哮的西风带”上的航行偶然会把船只吹向很远的地方，甚至吹到东方。1615年，澳大利亚西海岸就是这么被发现的。
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世界各地早期的水手都利用天象指导他们沿着正确的航道行驶。如果人们可以看到并且掌握它们的类型，那么恒星是可靠的航行指南。尽管历史学家在中世纪文献里发现的航海水平与水手的口头传说之间存在很大差距，但从古代起，大多数航海文化便已了解相对位置的季节、纬度变化和正午太阳的高度。天文导航在热带海域比较容易，因为恒星更容易被观察到，这些地区的恒星方位相对稳定。在更北面的一些地区，除了北极星之外，其他恒星的方位似乎都在穿过天际时发生了变化。15世纪，欧洲的水手开始使用星盘。这是一种比较精确的测量天空纬度的仪器，虽然它只能用于陆地或者非常平静的海面。
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最早利用磁北极作为航海方位仪的时间难以确定。维京人就知道天然磁石的特性，他们以此作为航行的辅助，但是西欧最早提及水手使用的指南针是12世纪后期的文献。
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水手的星盘，带有平衡环和计量刻度
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水手的星盘包括一个圆形环和仔细区分的刻度表，虽然这种仪器代表的导航进步并非海上扩张的必要前提，但是它们的确有助于为水手们开拓贸易网络带来更大信心。
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传统观点认为，意大利的阿马尔菲港的水手在地中海航行中最早使用指南针。像中国人一样，欧洲人发现，漂浮的指南针是非常有效的，他们在铜鞘里装备一根指针，以便它能在卡片上指出方位点。15世纪，在欧洲的航海领域，指南针导航变得更加普遍了。通过使用指南针、航海图和航行方向名单，意大利水手发展了一套在地中海及其附近地区精确定位的方法。阿拉伯航海家在13世纪使用航海指南针，也许是从欧洲人那里学的。印度洋的水手比欧洲水手更多地利用详细的天文知识。阿拉伯人称之为“阿尔卡马尔”的系统，用一根木棍和一根绳子测量某个天体的纬度，并利用同样的原理制作星盘。导航技术的一个重要发展，是计算船只航程的时间单位从“天”缩减为“小时”，最后精确到“分”甚至“秒”。玻璃制造行家威尼斯人制造出高质量的沙漏，13世纪时被广泛使用，但是沙漏计时太不精确。13世纪著名的加泰罗尼亚哲学家拉蒙·勒尔总结了一种按照“小熊星座卫星”的运动来确定时间的方法，这是围绕北极星运行的星座中的两颗恒星，但这种方法在应用中会产生很大误差，特别是在没有特殊仪器的情况下。即使17世纪机械钟变得普遍时，它们仍然缺少精确导航所需要的准确性。
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随着15世纪末全套天文表的出版，从理论上说，通过简单计算正午太阳的位置和固定经度的时间差，比如格林尼治时间与当地时间的差异，人们可以确定自己的位置是在该点的东边还是西边。东经或西经每差15度，便与格林尼治标准时间相差1小时左右。直到这时，计算海洋经度才变得可靠。为了解决精确记录格林尼治标准时间的难题，欧洲各航海大国进行过多种尝试。凭借其特有的私人事业与国家指导相结合的方法，英国议会于1714年通过法令，设立“海洋经度发现委员会”，为精确度在30英里以内的计时体系提供两万英镑奖金。1765年，英国钟表匠约翰·哈里森（1693——1776）因制作出体积小、精度高的航海经线仪而赢得了这笔奖金。直到对哈里森的航海经线仪的实用性感到满意后，委员会才发放了全部奖金。1775年，库克船长利用哈里森设计的航海经线仪进行了其中一次太平洋航行活动。如果与天文表和精密测量仪器——如1757年发明的六分仪——一起使用，那么航海经线仪就能够提供一套真正精确的经度和纬度测量系统。人们在格林尼治国家航海博物馆里还能见到这种仍在运行的海洋经线仪。直到1880年，世界各地的贸易网络正在交汇合一，英国的海上实力处于鼎盛时，格林尼治的坐标才被确定为这种本初子午线。
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古代中国发明的指南针
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中国人早在战国时期，就发明了一种具有磁性、形似勺子的磁性指向器——司南，这是最早出现的指南针。11至12世纪，指南针被应用于海上导航，后来由阿拉伯人传入欧洲，改变了西方的航海技术。除司南以外，中国发明的指南针还有多种形式，例如玄鱼、指南龟、罗盘等。根据不同原理，又可以分为水浮式罗盘和旱罗盘。
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20世纪80年代中叶以来，一种完全不同且简单的确定海上或地球表面位置的系统出现了。这就是全球定位系统，简称“GPS”。美国国防部发射的绕地球旋转的24颗卫星传输信号至便携式接收器，通过测量3个或更多卫星接收信号的时间差异，接收器就能提供误差不超过几米的精准定位。
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[1]近东是政治地理术语，一般是相对中东、远东地区而言的概念，指距离西欧较近的国家和地区。——编者注
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[2]1英里=1.6093公里。——编者注
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[3]Byock, Jesse L., Medieval Iceland: Society, Sagas and Power, University of California Press, Berkeley, 1988,p.1.
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