Tant els estudiosos com els navegants van entendre que si les posicions dels cossos celestes es podien mesurar amb precisió al mar, els mariners podrien determinar la seva latitud amb una certesa raonable. Aconseguir-ho requeria instruments de precisió.
Ptolemeu va descriure l'astrolabi (també conegut com a instrument de mesura-estrella); les versions més grans s'utilitzaven als observatoris, mentre que les més petites es feien servir als vaixells. L'operació d'un astrolabi requeria un equip de tres persones: una persona agafava l'instrument pel seu anell del polze, una altra agafava l'albirament i una tercera llegia el resultat del dial. Naturalment, quan el vaixell es va balancejar violentament, les mesures resultants no van ser gaire precises. Sempre que era possible, els mariners anaven a terra per fer les seves lectures.
Els astrònoms antics utilitzaven el bàcul de la creu-per mesurar l'altitud de les estrelles, una tècnica que més tard van adoptar els mariners per a la navegació. L'instrument constava d'un pentagrama principal i d'una peça de creu-, amb l'extrem inferior de la peça-de creuar subjecta horitzontalment. Mentre observava un cos celeste al llarg del pentagrama principal, l'usuari feia lliscar la peça de la creu-fins que semblava tocar l'objecte (com el sol o una estrella) dins del seu camp de visió, i després llegia la mesura de graus del pentagrama. Aquest instrument podria ser operat per una sola persona.
Tant l'astrolabi com el bàcul-de la creu requerien que l'observador mirés directament el sol. Els dies clars, la llum intensa feia impossible l'observació. Per solucionar aquest problema, el capità i navegant anglès John Davis va inventar el bastó posterior. Constava d'un bastó principal i d'una paleta transversal-lliscant. L'observador es va posar d'esquena al sol i va fer lliscar l'aspa-creual fins que va fer una ombra sobre una petita vespa al davant; aquest mètode permetia a l'observador veure l'horitzó.
Amb l'ajuda d'Edward Wright, un matemàtic de Cambridge, John Davis també va inventar el quadrant. Aquest instrument comptava amb un ocular a la vespa-de creu, que permetia a l'observador veure tant l'horitzó com la imatge reflectida del sol.
Pierre Bouguer, hidrògraf de Croisic, va millorar encara més el quadrant; la versió modificada va permetre a l'observador veure el sol descansant a l'horitzó a través de l'ocular.
John Hadley d'Anglaterra va inventar l'octant, que es va provar per primera vegada l'any 1732. Consisteix en un telescopi reflector i un nivell d'esperit. Aquest instrument és molt més precís que qualsevol altre instrument utilitzat anteriorment al mar.