秦始皇作为秦王朝的奠基者，在其统治期间，曾召集了一批方士为其探寻长生不老之药。其中，一位名为徐福的方士上书称：“东方海域存在三座仙山，分别名为蓬莱、方丈和瀛洲，那里居住着仙人。恳请陛下允许我带领一批童男童女前往寻找。”秦始皇对此大喜，不仅拨给徐福五百名男童和五百名女童，还为其建造了一艘大型船只，并命其从今山东日照附近启航。然而，徐福此去后便杳无音信，不知所踪，那些被带走的少年男女究竟抵达了哪座仙山，至今仍是个谜。
历经数千年，秦始皇早已湮没于历史长河之中，但徐福渡海寻药的传说却代代相传，未曾忘却。部分历史学家推测，徐福率领五百名男童和五百名女童，穿越黄海与朝鲜海峡，最终抵达了日本。倘若这一推测属实，那么徐福无疑是中国航海史上的先驱人物。
辽阔无垠的大海，浩瀚无际的汪洋，海上航行绝非易事。首先，航向必须精准无误。即便偏离一度的方向，也可能导致永远无法抵达目的地，只能在海上漂泊终生。或许有人会说，确定航向并非难事，可以利用太阳或星辰进行定位，这确实是古代人们常用的方法。然而，一旦遭遇阴雨天气，又该如何是好？面对“阴风怒号，浊浪排空”的恶劣天气，又该如何应对？此类天气在海上屡见不鲜。当太阳、星光以及一切可利用的参照物消失时，唯有孤舟在海上飘荡。然而，这些困难都无法阻挡智慧的中国古人。人类的航海事业因此不断发展，至隋唐时期，中国与朝鲜、日本的海上往来日益频繁，甚至与阿拉伯各国也建立了海上航线。到了宋朝，庞大的中国商船队频繁往返于南太平洋和印度洋之间。
是什么让航海家们不再畏惧没有太阳和星辰的日子，依然能够保持正确的航向呢？答案便是当时航海中最有效的方向指示仪器——指南针。
宋代学者朱彧在其著作《萍洲可谈》中记载了指南针在航海中的重要作用：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”随着指南针在航海中的广泛应用，人们对它的依赖程度日益加深。南宋《梦梁录》中记载：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”这真是大海航行靠舵手，舵手要靠指南针，缺乏科学的领航，仅凭舵手的经验和感觉，有时难免会出问题。到了元代，指南针已成为航海中最为重要的仪器，无论何时都依靠指南针进行导航。此时，人们还专门编制了罗盘针路，详细标注了船只行进的位置和针位，确保航线清晰明确。明代郑和下西洋，从江苏太仓的刘家港出发，抵达印度尼西亚的苏门答腊岛，沿途航线均标注有罗盘针路，指南针为中国开辟至东非航线提供了可靠保障。此后，哥伦布航行抵达美洲大陆和麦哲伦的环球航行，也都依赖于指南针。
指南针及其衍生出的众多仪器，对人类发展做出了巨大贡献，其发明权属于中国。
指南针大约出现在中国战国时期。最初的指南针是用天然磁石制成的，形状类似于勺子，底部圆形，可以在平滑的“地盘”上自由旋转，静止后勺柄会指向南方。古人称之为“司南”。东汉学者王充在其著作中写道：“司南之杓投之于地，其柢指南。”地盘四周刻有24个方向，用于配合司南进行定向。古时人们外出时会携带司南，以避免迷失方向。这种司南的模型至今仍可在北京历史博物馆中看到。
随着社会生产力的不断发展，尤其是航海业的日益扩大，人们发现了人工磁化的方法，从而出现了指南鱼和指南针。指南鱼是用薄铁叶剪成鱼形，然后通过地磁场磁化使其带上磁性。在需要确定方向时，将其浮于水面，铁叶鱼便能指示方向。指南针则是通过磁石摩擦钢针制成的。钢针经过磁石摩擦后磁化，即可指南。古代所有的指南针都是通过这种人工磁化方法制成的。使用指南针时，需要将其用丝线悬挂起来，使其处于平衡状态，针的两端便会指向南北方向。当然，使用指南针也需要方位盘的配合。将方位盘与磁针结合的仪器便是罗盘。罗盘仍有24个方向，但盘形由方形演变为圆形。
中国的指南针大约在公元12世纪末至13世纪初传入阿拉伯，再由阿拉伯传入欧洲。当时，来到中国的阿拉伯人乐于乘坐中国船只，因为中国船只船身较大，结构坚固，航速较快。这为罗盘传入西方奠定了基础。西方学会使用罗盘后，根据实际需求进行了科学改进。由于罗盘在船只大幅度摆动时，常导致磁针过度倾斜而靠在盘体上无法转动，欧洲人设计了称为“方向支架”的常平架。该装置由两个铜圈组成，两圈直径略有差异，使小圈正好内切于大圈，并用枢轴将它们连接起来，再将其安装在固定支架上，罗盘悬挂在内圈中，这样无论船只如何摆动，罗盘都能保持水平状态。这种仪器的原理已经相当现代化。
如果人们对某种仪器或工具，仅了解其功能而不知其原理，那么这种认识还无法达到科学水平。指南针也是如此，如果人们只知道它指向固定方向不变，而不知其背后的原因，人类就仍处于前科学状态，尚未进入科学殿堂。当然，在科学发展史上，人类总是先发现某种功能或现象，然后才探究其背后的原因。对指南针的认识也是如此，古人从观察其磁性开始，逐步深入探究其内在机制。
由于磁石具有吸铁特性，古人将其比作母子相恋，认为“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也。”在汉朝以前，磁石都被称为“慈石”。古人还注意到磁石不能吸引铜，更不能吸引瓦器，即“及其于铜则不通”，“而求瓦则难矣”。宋朝的陈显微和俞璞对此进行了探讨，认为磁石吸引铁是由于它们之间存在着内在的“气”的联系。清朝刘献廷也认为磁石引铁是由于它们之间具有“隔碍潜通”的特性。他还记录了磁屏蔽现象：“或向余日:‘磁石吸铁，何物可以隔之？’犹子阿孺曰:‘惟铁可以隔之耳’。”尽管这种解释是错误的，但在当时的科学发展水平下，能够考虑到这个问题已经难能可贵了。
在磁学中，磁偏角、磁倾角和磁场强度是地磁三要素。磁偏角是由于地球磁场的南北极与地理南北极不完全重合而产生的，磁倾角是地球磁场强度方向与当地水平面的夹角。欧洲人对磁偏角的最早发现是在哥伦布1492年的海上探险中，而磁倾角的发现则更晚一些。在中国，这些发现都要早于欧洲。关于磁倾角，宋朝就已经有所察觉。人们发现，指南针在磁化过程中，其北向总是向下倾斜，这隐含着当时人们已经意识到倾角的存在。
宋朝的沈括在记述天然磁石摩擦钢针可以指南时指出：“然常偏东，不全南也。”这是世界上最早的关于磁偏角的记载。地磁学告诉我们，磁偏角会随着地点的变化而变化，而由于地磁极的不断变化，磁偏角也随之变化。因此，沈括说“常微偏东”，而不是“恒微偏东”，说明他意识到磁偏角还是存在一些微小的变化。到了南宋，磁偏角因地而异的情况有了更明确的记载，并被应用于罗盘上。所谓“天地南北之正，当用子午。或谓江南地偏，难用子午之正，故丙壬参之”。这是说，在地理子午线和地磁子午线一致的地方，使用指南针即可；而在中国东南部，地理子午线和地磁子午线存在一个夹角，因此需要用其他方法进行修正。
作为四大发明之一的指南针，历来是中国人引以为傲的，这一发明不仅展现了中国古代人民的智慧和观察能力，而且是中国对世界历史发展的巨大贡献。如果说，科学进步的历史是全世界各国人民共同推动的，那么说中国古代曾处于这个行列的前面，则是一点也不过分。