从古代开始，欧洲船一般都是沿岸航行。这样一来，沿海水域就比较繁忙，而且沿岸海域暗礁浅滩等航行障碍物也比较多。为帮助船员辨认船位、航行顺畅，许多人造设施如灯塔、航标灯等航路标志便设立起来。在西班牙的拉科尔纽，至今还留有大约在三千年前建造的灯塔。
中世纪盛期，地中海各城市的商人船只大多还是沿岸航行。从西地中海沿岸出发的商船，一船都是沿意大利半岛南行，通过墨西拿海峡，再环绕希腊半岛，沿干地亚北岸驶向罗得岛和塞浦路斯，再直航到叙利亚海岸，尔后沿岸南行到达提尔和阿克尔等地。那些从西北欧来的船只，在通过直布罗陀海峡后，也不是向东直航，而是沿着西班牙、法国和意大利的地中海海岸作迂回航行。总之，没有一个船主敢冒险出海到望不见陆地的洋面上去，因为他们认为，那碰到暗礁和浅滩的船难危险，总不如沉没在大海里的可怕。不敢穿洋直航，有三个原因：一是怕迷失方向；二是害怕远洋中的风暴；三是害怕遭到海盗袭击。但归根到底还是第一个原因。因为在导航技术进步了的后一时代，虽然仍有第二、三个原因的存在，但船只却敢作穿洋航行了。
因此，在远洋航行中，确定船只的方位是第一位的。这在西欧有许多经验型的作法。同阿拉伯的“卡玛尔”、中国人的牵星术一样，欧洲人很早也知道了测量天体角度来定位的原理。古代希腊人称之为“狄奥帕特拉”。中世纪早期北欧海盗通常也这样做。他们在航海中可以利用任何简陋的工具，哪怕是一只手臂、一个大姆指，或者一根分节的棍子都行，来使观察到的角度不变以保持航向。约在1342年左右，这一原理用到了地中海的航海中。这里的航海家使用一种很简单的仪器来测量天体角度，称之为“雅各竿”。观测者有两根竿子在顶端连接起来，底下一根与地平线平行，上面一根对准天体（星星或太阳），就能量出偏角。然后利用偏角差来计算纬度和航程。
比雅各竿要先进一些的是十字测角器，其应用大致是中世纪后期的事。观测者将竖杆的顶端放到眼前，然后拉动套在竖杆上的横杆（或横板，一般也有好几块），最后使横杆的一端对着太阳，另一端对着地平线，这样就得出了太阳的角度。另一个更先进的观测仪器是星盘。据说哥伦布航海时就带了这两种东西。星盘是一个金属圆盘，用铜制成，上面一小环用作悬挂用。圆盘上安一活动指针，称照准规，能够绕圆盘旋转。照准规两端各有一小孔，当圆盘垂直悬挂起来时，观测者须将照准规慢慢移动。到两端小孔都能看到阳光（或星光）时，照准规在圆盘上所指的角度也就是星体（或太阳）的角度。这种星盘虽然在中世纪后期才普遍应用，但实际上８世纪法兰克著名文学家圣路易就已在祈祷文中进行过描述。
确定纬度是比较成功的，但确定经度却非常困难。因此，“纬度航行”的方法在西欧也很普遍地采用。早期的北欧海盗虽然还没有纬度的概念，但也已懂得利用天体偏角原理，把自己置于与目的地相同的纬度线上，然后保持在这条线上航行，直到目的地。这一方法沿用至15世纪都没有多大改变。甚至连哥伦布的西航也采用了这一方法。他先南下到自认为与印度相同的纬度后，再直线往西航行。
除利用日月星辰等天体现象导航外，风向也是帮助确定航向的重要方向标志。在古希腊人那里，“风”与“方向”是一个同义词。他们为四个主要风向取了名（东、南、西、北），还标出了另外四个次要风向。现存于雅典的八角形风塔，建于公元前2世纪，今天仍能指出八个风向中每一个风向的生动特征。希腊人还懂得利用印度洋上的季风来进行航行。著名的印度洋上6至10月间的西南季风称为“希帕路斯风”，正是因为一个公元前1世纪的希腊航海家希帕路斯曾说明可利用这一季风驾船从红海到达印度沿岸。
指南针时代到来前，几乎全欧洲的航海者都认为“方向”就是“风向”。虽然日耳曼人并不很正规地只标出四个主要风向名称，但用标有4个、8个、甚至12个风向的“风向蔷薇”卡片来导航，却在西欧非常普遍。同样，对风的崇拜程度也不亚于东方，连圣母都成了“顺风圣母”。
欧洲北部的北海和波罗的海水域，则更多地利用地文导航。早期的北欧海盗在航行时，船长是十分熟悉海面和海中自然物的，如鸟类、鱼类、水流、浮木、海草、水色、冰原反光、云层、风势等。9世纪时，北欧著名航海家弗勒基，还曾从船上放出一头渡鸦，引导他到了冰岛。
西北欧沿海大陆架形成的浅海非常宽阔，海员们便主要通过了解海水深度及海底状况来找准航向。他们用铅和绳来探测海底，用一块涂上动物油的铅块放到海底来测水深，同时从海底取出沙泥样品。既使是指南针出现后，西北欧洲的海员们还没有抛弃这种传统测量方法。现存最古老的一本英国航海指南（15世纪中期），指导英国海员这样从西班牙返回英国的布里斯托尔：“当你们离开菲尼斯特雷角（西班牙）时，可定东北航向。如果你们估计已完成了三分之二的航程，那么你们应该向北偏东航行，直到进入浅水处。如果你测出水深为90至100英寻，那么应继续北航，直到水深72英寻的淡灰色沙层为止。这就是克利尔角（爱尔兰）和锡利群岛间的海角。然后向北，直到测出淤泥，再向东北或东偏北航行”。
真正改变欧洲航海水平的还是指南针的应用。指南针约在12世纪里传入欧洲。李约瑟认为，中国的磁罗盘先由陆路传到西方，后来又由欧洲的航海家改造成“指北”方向。欧洲记载中第一次提到指南针，是巴黎大学的学者亚历山大·内克姆。他在1180年左右的一篇文章中说：“在阴沉的天气或晚上，当水手们不能看清太阳，也不知道船首驶向何方时，他们就把针放在磁石上，针便旋转到指向北方而停住”。但欧洲人最早使用指南针的时间，应该比这更早一些。一般认为大约在1150年左右，意大利人开始在海船上使用指南针。
欧洲最早的指南针是磁罗盘蔷薇，类似于以前的风向蔷薇，但标有16个或32个方向点。罗盘卡起初是圆形的，刻有风向蔷薇图案，平放在桌上。旁边放有装满水的碟子，一根简单的磁针放在一小木片上浮之于水面，领航员不断根据磁针所指而转动卡片。后来，又把针附在卡片之下，卡片随指针浮动而转动，这就能始终显示正确的方向。到1250年左右，航海磁罗盘已发展到能连续测量出所有的水平方向，精确度在3°以内。
但磁罗盘并不很快地为欧洲人所普遍接受。由于人们还无法科学地解释指针为什么能“找到”北方，因而很具有神秘色彩，一般的航海水手都不敢使用。那些大胆而又谨慎的船长也只敢暗暗地使用，把它装入一个小盒内，不让别人看到。因此，指南针在欧洲广泛使用，是13世纪后期的事情。
使用指南针前，地中海航行因为气候关系而大受局限。每年的5至10月是天气晴朗的季节，海上盛吹着北风和西北风，利于船只从西北的意大利向东南的埃及航行，但对从埃及返航的船只就很困难了。航船先要绕道到塞浦路斯，再折向西行。而在所谓“天气恶劣”季节，即每年的10月到第二年的3月，虽然仍有顺风，但海上阴沉多云，海员不容易辨别方向，航船只能停泊。意大利城市大量记载了冬季停航的情况。往地中海东部去的船队，一般每年只能往返一次。要么是在复活节前后离开威尼斯，在多云季节来临前的9月份赶回来。要么是在8月份离开威尼斯，9月份抵达目的地，然后在那里过冬，次年5月返回威尼斯。实际上，这些商船一年中有一半时间停航。
指南针的使用，大大改变了地中海地区的航海形势。阴沉多云的天气虽然存在，但再也不是航海的障碍。全天候航行成为可能，越洋跨海的航行也成为可能。而且，有正确航向的越洋航行，也使航程大大缩短，节省了许多时间。到13世纪的最后二十五年里，一艘船完全可在一年中绕地中海两次环行，甚至在冬天里也能开船。到1300年，意大利船只可一年四季都在海上航行了。
与此同时，其他一些航海仪器也相继投入使用。如测量船体运动速度的“水钟”采用后，便可以计算航行的距离。有系统的航行方向记录，也有为航海而编制的三角函数表，还有将尾舵安置在船的中心线上以控制方向的新技术，等等，这就使航海家们特别是意大利商船能及时标出其所在的方位了。
15世纪，葡萄牙人在航海技术的提高方面又做了一些新贡献。1420年后，葡萄牙人开始在西非进行探险活动。相对以往的航海活动来说，葡萄牙人的这一航海活动面临着两个新的难题。一是中部和南部大西洋是一个完全陌生的海域。二是向南航行后，天体现象发生了重大变化。大西洋洋流和磁场的变化，使航海家们经常搞错方向。对此，航海天文学家积极寻找解决问题的办法。从1450年起，他们用象限仪测量了一颗星体的中天高度。船只南行越过赤道、北极星已不可再见后，他们便测量太阳的子午线顶垂线，这样及时校核已计算出的南北方位。同时，水文部门也提供了航海图、仪器、星表、航行方位图等充足的资料供航海家们使用。这样，南航便能顺利地进行。
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