Tanto os estudiosos como os navegadores compreenderam que, se as posições dos corpos celestes pudessem ser medidas com precisão no mar, os marinheiros poderiam determinar a sua latitude com razoável certeza. Conseguir isso exigia instrumentos de precisão.
Ptolomeu descreveu o astrolábio (também conhecido como instrumento-de medição de estrelas); versões maiores foram usadas em observatórios, enquanto as menores foram empregadas em navios. Operar um astrolábio exigia uma equipe de três pessoas: uma pessoa segurava o instrumento pelo anel do polegar, outra fazia a observação e uma terceira lia o resultado no mostrador. Naturalmente, quando o navio balançou violentamente, as medições resultantes não foram muito precisas. Sempre que possível, os marinheiros desciam para fazer as leituras.
Os astrônomos antigos usavam o bastão-cruzado para medir a altitude das estrelas, uma técnica posteriormente adotada pelos marinheiros para navegação. O instrumento consistia em uma pauta principal e uma cruz-, com a extremidade inferior da cruz-segurada horizontalmente. Ao avistar um corpo celeste ao longo da mira principal, o usuário deslizava a cruz-até que ela parecesse tocar o objeto (como o sol ou uma estrela) dentro de seu campo de visão e, em seguida, lia a medida de grau da mira. Este instrumento pode ser operado por uma única pessoa.
Tanto o astrolábio quanto o bastão-cruzado exigiam que o observador olhasse diretamente para o sol. Em dias claros, a luz intensa impossibilitava a observação. Para resolver este problema, o capitão e navegador inglês John Davis inventou o backstaff. Consistia em uma pauta principal e uma palheta cruzada-deslizante. O observador ficou de costas para o sol e deslizou a palheta cruzada até lançar uma sombra sobre uma pequena palheta à frente; este método permitiu ao observador avistar o horizonte.
Com a ajuda de Edward Wright, um matemático de Cambridge, John Davis também inventou o quadrante. Este instrumento apresentava uma ocular em sua palheta-cruzada, permitindo ao observador visualizar tanto o horizonte quanto a imagem refletida do sol.
Pierre Bouguer, hidrógrafo de Croisic, melhorou ainda mais o quadrante; a versão modificada permitiu ao observador ver o sol pousado no horizonte através da ocular.
John Hadley, da Inglaterra, inventou o octante, que foi testado pela primeira vez em 1732. Ele consiste em um telescópio refletor e um nível de bolha. Este instrumento é muito mais preciso do que qualquer outro instrumento anteriormente utilizado no mar.