指南针的发明
在古代，各民族的先民们面对茫茫海洋，虽然有探险探秘的愿望，但是由于技术的限制，总是无法如愿。即使是以航海着称的古希腊人，也不过是在相对比较风平浪静的地中海海域称雄。对于茫无边际的大洋，也只有“望洋兴叹”。其实，并非是由于造船技术限制了古人们的越洋交流，更主要的是由于在海上无法辨别方向，虽然有可以横渡大洋的船只，也会在海上迷路，葬身海底。因此，指南针的发明可以说是给海船装上了眼睛，为航海业的发展提供了最基本的技术条件。指南针是中国最早发明的，但它是经过漫长的岁月逐渐发展改进而成的。
从“司南”到“指南鱼”
对于在海上和陆地上定向的工具，中国的先民们有许多记载和传说。据说黄帝在与蚩尤交战时，曾经发明过“指南车”，可以在大雾弥漫的天气下准确辨别方向，不至于迷路。这可能是关于“指南针”的最早探索。但是，后人根据古书的记载，多次想重新制作“指南车”，却一直无法成功。因此，“指南车”之说是否确切，是可以存疑的。
然而，利用磁铁的特性制造出的指南针，却是中国人的伟大发明。指南针的发明可以追溯到周代，距今已有二千五百年至三千年的历史。大约在春秋战国时代，中国人就已经发现了磁石和它的吸铁性。《韩非子·有度篇》里记载“先王立司南以端朝夕”，这里的“先王”是周王，“司南”就是指南针，“端朝夕”是正四方的意思，是指指南针的用途。在古代文献里还有记载郑人到远处采玉，要带上司南，以便不迷失方向。春秋时齐国著名政治家管仲在他所着的《管子》一书中有这样记载：“上有慈石者，下有铜金”。“慈石”就是磁石，“铜金”就是一种铁矿。可见至少在2600年前的管仲时期，已经知道磁石的存在，并已掌握了磁石能够吸铁这一性能了。
磁石有两个特性：一是吸铁性；二是指极性。也就是说磁石有两极，能够指示南北。磁石的吸铁特性中国战国时代的古人和古希腊的先民都已发现，而发现磁石的指极性则欧洲比中国晚得多。
磁石能指示南北的特性，不太容易被发现。因为一般情况下磁力小、摩擦力大，磁石两极不能自由旋转到南北向。中国在战国时代最早发现了磁石的指极性，并利用磁石能指示南方的性能，制作成指南工具——司南。“司”字意为掌管，现在仍有“司机”、“司炉”、“司令”等词，这几个“司”字的本意都是相同的。
但是司南也有其局限性，用磁石制造司南，磁极不容易找准，而且在琢制勺的过程中，磁石因受震动而会失去部分磁性。再加上司南在使用时底盘必须放平，而且司南的体积也比较大，因此，古人在发明了司南之后，又不断改进指南工具。继司南之后，中国人的祖先又制成了一种新的指南工具——指南鱼。
按照现代科学的眼光来看，古人是将钢片在炉火中烧红的方法使铁磁质中的磁畴活动起来，由于地球有磁性，把烧红钢片沿着地球磁场的方向冷却，钢片在冷却时靠地球磁场的作用使磁畴有规律地排列，这条钢片鱼就有了极性，成了一条指南鱼。冷却时鱼尾向下倾，由于地球磁倾角的作用，可使磁性增强。
《梦溪笔谈》中记载了指南针的制作方法
由于地磁场的强度不大，所以指南鱼的磁性也很弱，古人渐渐觉得指南鱼的指南效果仍不理想。能不能有一种更理想的指南工具来代替指南鱼呢？古人在继续不断地试制摸索。就在钢片指南鱼发明后不久，又有人发明了用钢针来指南，这种磁化的小钢针可算是世界上最早制成的真正的指南“针”了。
北宋著名科学家沉括（约公元１０３３－１０９７年），在科学技术方面取得了杰出的成就，北宋时期中国许多重大的科学发明，例如活字印刷、指南针等应用技术，都是借助于沉括的记载而得以流传的。指南针能指南，但还必须为它创造一个可以自由转动的条件。沉括在他《梦溪笔谈》一书中，提到了指南针的几种用法。
一是水浮法，把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面，指示南北方向。二是指甲旋定法，把磁针放在手指甲上轻轻转动后来定向。三是碗唇旋定法，把磁针放在光滑的碗边通过旋转磁针来定向。四是缕悬法，在磁针的中部涂一点点蜡，用一根细丝线沾上蜡后，悬挂于空中指南。这种悬挂式指南针，必须在无风处使用，但使用起来比较方便。
根据试验，沉括认为这四种方法中，要算缕悬法最好。因为指甲和碗边上很光滑，指南针容易掉下去。而使用水浮法时，水若振荡，针就难以静止下来了。
沉括在９００年前提出的这四种方法，有的至今仍有实用价值，如现代的磁变仪、磁力仪的基本结构原理，就是采用了沉括所说的缕悬法原理。而航海中使用的重要仪表罗盘，也大多是根据水浮磁针这一原理设计而成的。
沉括还是世界上最早发现磁偏角的人。“磁偏角”是因为地球上的磁极和南极、北极稍微有一点偏差。指南针的南极和北极，沿磁子午线分别指向北磁极和南磁极，磁子午线和地理子午线是不一致的，它们之间存在着一个夹角，科学上叫作“磁偏角”。世界各地的磁偏角是不同的，有的偏东，有的偏西。
沉括在《梦溪笔谈》第２４卷中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”这是世界上现存最早的磁偏角记录。在西方，直到公元１４９２年哥伦布在横渡大西洋时才发现磁偏角这一现象，比沉括晚了４００多年。
影响：开创航海新时代，推动地理大发现
指南针发明后，很快用于航海，对社会发展起到了重要作用。中国也是最早把指南针用于航海事业的国家。从此，海船有了眼睛，再不会迷失方向，这样，就把航海事业推进到了一个新的时代，促进了各国之间的经济贸易和文化交流。指南针传到世界各国以后，各国也都用指南针来帮助航海了。正因为指南针起的作用很大，所以人们把它列为中国古代的四大发明之一。著名的科技史专家李约瑟指出：“指南针的应用是原始航海时代的结束，预示着计量航海时代的来临。”有了指南针，促进了中国航海事业的发展，才可能有郑和七下西洋的壮举。
指南针技术传入欧洲后，推动了欧洲航海事业的发展。１５世纪末到１６世纪初，欧洲各国航海家纷纷将指南针用于航海，他们不断探险，开辟新航路，发现了美洲，完成了环绕地球的航行。马克思曾这样说过：“指南针打开了世界市场，并建立了殖民地。”