很多工具應用都是人類經驗累積成果。
「定位」是人類基本需求。即使在茹毛飲血的野蠻時代，去了某些地方狩獵，總不能忘記歸家的路。要辨别方向，靠的除了自身方向感、日月星辰，中國古時所用的「司南」成為了重要工具。
司南，即是指南針及羅盤，現代普遍認知認為，沒有它們，就不會有西方的大航海時代。雖然沒人了解是誰最早把這磁石製成的設備裝上了船，但這種船，最早出現在廣州附近的海面。
四川三星堆出土的司南
從人類社會的早期開始，嶺南地區特別是廣州是造船勝地。從西漢南越王墓中出土的銅提筒，紋繪了載滿以羽毛裝飾戰士的大船，就是當時的水上健兒。我們能從世界各地歷史遺存找到控制獨木舟或木筏穿洲過洋的証據，但孤舟重洋，沒有有效的辨別方向的工具，成本是相當高昂。
船紋銅提桶紋飾拓片
宋代為中國南方遠洋航行的高峰，除了大量巨艦建造記錄，學者還表示離不開航海技術突飛猛進。技術突破的標志，就是指南針應用於航海上。目前學術界公認有關指南針最早記錄，來自北宋朱彧於宣和元年（公元1119年）所撰的《萍州可談》：「舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針，或以繩鉤取海底泥，嗅之便知所至。」當時他根據父親朱服在廣州做知州時的所見所聞而寫。朱服則在北宋哲宗元符二年（公元1099年）至徽宗崇寧元年（公元1102年）任廣州知州，即廣州海船上使用指南針的時間不會晚於此時。
根據現代學者研究，中國最初的指南針採用的水浮法。後來，水浮法指南針被稱為水羅盤—先將磁化鐵針穿過燈芯草，浮在水上，水上轉動磁針就能指引方向，再將之與方位盤結合，就成了「水羅盤」。出現時間大約在南宋。南宋趙汝適《諸蕃志》載：「渺茫無際，天水一色，舟舶來往，惟以指南針為則。晝夜守視惟謹，毫厘之差，生死繫矣。」船上有專門負責守著羅盤者，不斷修正航向，皆因這是船隻安全關鍵。
用羅盤導航，可以說是今天海圖經緯化之始。借助先進設備，宋朝海外貿易超過前代，成為世界從事海外貿易的重要國家。那時中國商船的蹤跡，近至朝鮮、日本，遠達阿拉伯半島和非洲東海岸。
宋代海船出土
指南針在中國古代經歷長時間演進。學者指，東漢王充《論衡》中所記「司南之構杓，投之於地，其抵抵指南」，應是將磁石琢成磁勺，放在占卜用的星盤上來旋定南北。宋代莊季裕《雞肋篇》記載了兩隻水瓢中置磁石鐵屑，「施展」兩瓢相互吸引的幻術，這反映南宋初年司南已被指南針取代。
事實上，用磁石製造司南，需要琢玉工藝手段，費工費時，而且如果質料不精，極向不準，是很難完成，但當中國古人掌握磁石對鋼鐵人工磁化技術來製造指南針—將一根鋼針在磁石上摩擦磁化—就方便得多。這項發明最早的記載見於北宋科學家沈括所著《夢溪筆談》：「方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。水浮多蕩搖，指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。其法取新渡中獨繭縷，以芥子許蠟綴於針腰，無風處懸之，則針常指南」。
《夢溪筆談》局部
另一方面，沈括精於天文曆法，並在圭表（為中國古代根據日影長度變化測定季節、劃分四季和推算曆法的工具）的地理子午觀測比較中加以證明「磁針偏角」，這項發現為古代科學史上的重要成果。歐洲到了13世紀才發現。
在明代嘉靖年以前，中國海航一直使用水羅盤，但不太平穩。當中國傳統指南針於12-13世紀經阿拉伯傳入歐洲後，歐洲人將磁針放在釘子尖端，可自由轉動，製成旱羅盤，性能更適用於航海。中國也在嘉靖年間後開始使用旱羅盤。
