指南針是一種磁性的指向器，與方向盤相結合就成為羅盤。指南針的發明對人類文明的發展具有舉足輕重的作用，它與造紙術、印刷術和火藥並稱為中國古代四大發明。指南針的創製要有一定的磁學知識基礎，包括知道長條磁棒有自取南北方向的性質，磁感應、磁極性、磁吸引與磁排斥的性質，以及地磁偏角的知識，即指南針所指南北方向與地理南北方向不完全重合，它們指向間的夾角稱為地磁偏角。事實上，指南針的出現及其應用於航海，再結合中國古代的造船技術、航海技術和天文學知識，無疑對中國和世界航海事業的發展產生深遠影響。

然而，指南針並不是憑空創造的，它的前身是司南。司南是一種人工磁性指向器，也是人類歷史上最古老的指南裝置。根據東漢學者王充在《論衡•因是篇》中記述，司南像一把舀湯、舀酒漿的勺子，將它放置於占卜用的光滑地盤上，其柄會指向南。從天然磁石製造的司南到以磁化方法製造的指南針，無論在科學方法還是科學認識的層面上，都是一個巨大的進步。從司南到指南針的過渡階段大約是在唐宋之際，也就是九世紀到十世紀期間。入宋以後，有關指南針的文獻突然豐富起來。而比司南更古老的是方位盤。只要將磁鍼放在方位盤上，這個方位盤就成為羅盤，可以確定南北方向。方位盤大概源於上古的方向圖，早在公元前3000—前4000年間，一些陶器已繪有似乎是表示方向的圖畫。公元前4000年左右的大汶口文化彩陶殘片上繪有方心八角形圖案。

在中國古代方位關係到五行風水，所以由此而衍生出來堪輿羅盤。早期的堪輿羅盤是方形的，它是由漢代式佔用的地盤演變而來。《黃帝宅經》記載了一幅地盤圖，此書是一本相宅書，雖託黃帝之名，實則成書於唐代。這個地盤也是早期的羅盤。中央的方框是個水池，用來盛水並放上指南針；方框內是以八卦表示的方位，方框外周是以八干十二地支表示的20個方位，其他為堪輿占卜用語。隨着時間推移，方形羅盤發展為圓形羅盤。然而，無論是方形還是圓形所有的堪輿羅盤都可以作為航海羅盤來使用。但是，航海羅盤不需要多層刻度圈和卜辭，因為它們會干擾舵手的視線。航海羅盤要求簡單的刻度方向，使人一看就明瞭。事實上，正是航海羅盤的出現改變了世界文明和中外航海事業的發展。

中國的海岸線長約一萬八千公里，造船與航海都有悠久的歷史。初時，人們只是在本土沿海航行，隨着造船、航海和導航技術日益精湛，後來已航行至近鄰朝鮮、日本和東南沿海地區。從兩漢起，已開闢了印度洋航線，此後歷代航海日益發展，至唐代形成了海上絲綢之路，或稱陶瓷之路，中國商船將大批陶瓷器販運至紅海西北角的大秦帝國（羅馬），甚至非洲東海岸。宋代以後，由於使用羅盤導航，航線增多，航海更可橫越印度洋和非洲東海岸。簡而言之，在世界航海史上，從中國或東方經過印度洋、繞過非洲好望角直達歐洲大陸的整個海上航線，有一半是中國人所開創的。指南針和牽星術引導中國人橫越印度洋，這又為歐洲人東來奠定了海上一半航線的基礎。