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”[②⑩]。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[②①]。
    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[②②]。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”（waterclock）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。
    欧洲的航海者从很早起就注意搜集航海资料。大约在公元前6至5世纪时，有些海员就把地中海的一些路标、海岸特征，以及有用的经验记载下来。这种记录称为“环航”，后人称之为沿海领航。其中最早的一部是公元前6世纪西拉克斯所作。他在航行日记中详尽记述了地中海的各处危险海域和航道，记载每次航程在风向和天气良好时所需要的时间。譬如他记载道，“由海格立斯之柱（即直布罗陀）到塞尔内岛，全部沿海航程需要12天。塞尔内岛以外的海域内有浅滩、淤泥和海草，不再适合船只航行。这种海草有一手掌那么宽，顶端锐利刺人”[②③]。不过，这些古代的航海指南主要是文字记录。由于绘图技术还不发达，更由于航海者往往出于商业竞争需要，对航道要保守秘密，因此，直到14世纪以前，欧洲都没有一本航海图留传下来。