指南针又称指北针，是利用地球磁力线的南北指向性而制成的机械装置，用以帮助人们确定方向。

指南针是中国古代四大发明之一，前身为司南，始于春秋战国，是最早的磁性指向器指南针的主要组成部分是一根装在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。

指南针起先在中国古代应用于祭祀、礼仪、军事、占卜及看风水时确定方位，其后常用于航海、大地测量学、旅行及军事等方面。随着科技的发展，人们发明了电子指南针，“空中指南针”全球卫星导航系统，被应用于生活中的导航、授时等方面。

指南针是中国古代劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。指南针应用在航海上，是全天候的导航工具，弥补了天文导航、地文导航的不足，开创了航海史的新纪元。指南针的发明对人类的科学技术和文明的发展，起了无可估量的作用。

在先秦时代，中国劳动人民在探寻铁矿时发现了磁铁矿，即磁石。磁石主要成分是四氧化三铁，为具有磁性的黑色晶体。古人已经观察到磁石的吸铁特性，如，《管子》的数篇中早已记载了这些发现：“山上又磁石者，其下有金铜。”《吕氏春秋》九卷精通篇也有：“慈招铁，或引之也。”古人称“磁”为“慈”。古人把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为：“石是铁的母亲，但石有慈和不慈两种，慈爱的石头能吸引他的子女，不慈的石头就不能吸引了。”汉以前古人把磁石写成“磁铁”，是慈爱石头的表达。古人对磁现象的理解虽然不全面，但他们已经发现并利用了磁性的基本特性。

到了西汉，一名名叫栾大的方士，发明了一种利用磁石特性的游戏，称为“斗棋”。他制作了两个具有磁性的棋子，这些棋子可以根据它们极性的相互位置，进行相互吸引或排斥的动作。栾大向刘彻展示了这一游戏，其新奇之处让汉武帝非常惊奇和喜悦，结果栾大被封为“五利将军”。

指南针的最早记录可以追溯到战国时期（公元前475年到公元前221年）。王许的著作中提到，“磁石引铁”，这是对磁石吸引铁的正确观察。此外，该书还提到郑国的人们使用一种“司南”来确定他们的位置。一些学者认为这可能是指南针的早期使用。

到了汉朝（公元前206年至公元220年），中国学者和发明家很快意识到天然磁石的重要性和潜力。他们开始对磁石进行加工和研究。公元70年至80年间的《论衡》中写道：“司南之杓，投之于地，其指南。”这里的“杓”指的是磁石被加工成勺子的形状，这种最早的指南针形式被称为“司南”或“指南鱼”。

指南针作为导航工具的发展通常归功于北宋时期的科学家沈括（1031-1095）。他在1088年写的《梦溪笔谈》中首次详细描述了磁针指南针。他发现了磁偏角的概念，通过悬挂磁针或将其漂浮在水中，使其自由旋转并与地球磁场对齐。沈括改进的指南针由一个磁化的针组成，针可以自由旋转并始终指向磁北。他的指南针被装在一个带有方向标记的保护盒中，使水手能够准确地确定航向。

最早记录的磁针指南针用于海上导航是在朱熹的《萍洲可谈》中（1111年至1117年）。书中提到：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦看指南针。”这清楚地表明沈括去世仅数年后，他的革命性指南针已经开始被水手使用。

15世纪，著名的中国航海家郑和领导了一系列海上探险，被称为“宝船下西洋”，达到了非洲和阿拉伯半岛。指南针是这些庞大船队的重要工具，这些船队包括长达400英尺（122米）的巨型宝船。这些航行使中国成为海上强国，并促进了中国与其他地区之间的商品、知识和文化交流。

指南针和其他导航技术最终传到了欧洲。13世纪，指南针被引入阿拉伯国家，并从那里传播到地中海文明。指南针的知识和使用革命了欧洲的导航，推动了大航海时代的到来。欧洲探险家如克里斯托弗·哥伦布和费迪南·麦哲伦在他们的开创性航行中都大量依赖指南针，导致了新大陆的探索和殖民。

指南针在13世纪传入伊斯兰，穆斯林学者和航海家迅速认识到这一发明的重要性，并加以改进。阿拉伯世界的航海家如艾哈迈德·伊本·马吉德广泛使用指南针进行航海。他们依靠指南针的磁性准确地确定方向，使其成为航海的重要工具。穆斯林学者将指南针的使用纳入导航手册和专著中，提供了详细的使用指南。这些手册成为穆斯林水手的重要参考资料，确保了指南针在伊斯兰世界的广泛采用和理解。

15世纪，指南针加入了“航向线”，通过提供与罗盘方向一致的固定点，提高了精确度。这一时期，探险家如克里斯托弗·哥伦布开始注意到磁偏角，即磁北和真北之间的角度差，并试图解决这一导航难题。18世纪，液体指南针出现，解决了船只颠簸造成的稳定性问题。万向节，即保持指南针水平的旋转支架，是另一项巧妙的发明，在动荡的航行中提供了持续的准确性。19世纪和20世纪，指南针继续改进，夜航用的发光表盘和用来校正局部磁异常的补偿四氧化三铁相继出现。第二次世界大战期间，腕表指南针和现代指南针的首次应用对军事行动和秘密任务至关重要。

战国时期发明的司南是最早的磁性指向器，它是由天然磁石制成的“杓”和铜质的“械盘”组成。“杓”因磁铁指南的特性,可指出南北。“械盘”为方形，刻有文字，“子”代表北，“午”代表南。

东汉时期的学者王充在《论衡·是应篇》中提到：“司南之杓，投之于地，其柢指南”，这表明“司南”一词等同于指南针。唐朝韦肇在《瓢赋》中也提到司南，王振铎据此认为司南是由勺型的天然磁石和地盘底座组成。1956年，东北师范大学的刘秉正教授考证出“指南鱼”是中国最早的人工磁化应用，并对“司南是磁性指南工具”的观点提出质疑。2005年，中国国家博物馆研究员孙机根据馆藏的《论衡》（宋残本）认为“司南之杓”的“杓”应为“酌”字，因此，“其柢指南”实际并非指汤勺，而是“斗杓”。

指南鱼是一种古代中国用于辨别方向的工具。根据1044年曾公亮在《武经总要》前集卷十五中的记载，指南鱼的制作方法如下：

若遇天景霾，夜色黑，又不能辨方向，则当纵老马前行，令识道路，或出指南车或指南鱼以辨所向。指南车法世不传。鱼法以薄铁叶剪裁，长二寸、阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时，置水碗于无风处，平放鱼在水而令浮，其首常南向午也。

李约瑟指出，当铁片从高于居里点（600℃-700℃）的温度急速冷却时，会被地磁场磁化成为磁铁。虽然这种方法制作的磁铁磁性较弱，但无需依赖天然磁铁。曾公亮的记载表明，指南鱼在1044年已被用于陆路交通。

人们在不断地寻找比司南更加方便的指向方法时，发现了磁针。将单根蚕丝线用蜡固定在磁针的中部，悬吊在空中,针就会指向南方。这个方法虽然容易受风的影响不停摆动，但是指南精度和操作方便程度远胜过司南。

指南针在经过阿拉伯人的有效改进后传入欧洲，随后欧洲的指南针技术得以发展，并再次传回阿拉伯地区。阿拉伯语中的指南针（al-konbas）一词似乎源自古意大利语。关于旱罗盘的欧洲现存最早的记载可追溯到1269年，当时法国学者Petrus Peregrinus在其著作《Epistola de magnete》中描述了航海中使用的旱罗盘。

比司南更古老的是方位盘。只要将磁针放在方位盘上，这个方位盘就成为罗盘，可以确定南北方向。方位盘大概源于上古的方向图，早在公元前3000—前4000年间，一些陶器已绘有似乎是表示方向的图画。公元前4000年左右的大汶口文化彩陶残片上绘有方心八角形图案。

在中国古代方位关系到五行风水，所以由此而衍生出来堪舆罗盘。早期的堪舆罗盘是方形的，它是由汉代式占用的地盘演变而来。《黄帝宅经》记载了一幅地盘图，此书是一本相宅书，虽托黄帝之名，实则成书于唐朝。这个地盘也是早期的罗盘。中央的方框是个水池，用来盛水并放上指南针；方框内是以八卦表示的方位，方框外周是以八干十二地支表示的20个方位，其他为堪舆占卜用语。随着时间推移，方形罗盘发展为圆形罗盘。然而，无论是方形还是圆形所有的堪舆罗盘都可以作为航海罗盘来使用。但是，航海罗盘不需要多层刻度圈和卜辞，因为它们会干扰舵手的视线。航海罗盘要求简单的刻度方向，使人一看就明了。事实上，正是航海罗盘的出现改变了世界文明和中外航海事业的发展。

电子罗盘，也叫数字指南针，是利用地磁场来定北极的一种方法，作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。古代称为罗经，现代利用先进加工工艺生产的磁阻传感器为罗盘的数字化提供了有力的帮助。现在一般由用磁阻传感器或磁通门等芯片加工而成的电子罗盘。可应用在水平孔和垂直孔测量、水下勘探、飞行器导航、科学研究、教育培训、建筑物定位、设备维护、导航系统等领域。

指南针由多个部分组成。罗盘指针通常为红黑相间或红白相间，始终指向地球的磁北极。当指南针保持水平（与地面平行）时，磁针会自由浮动。指南针外壳上有数字、刻度线和字母，这些数字从0到360，代表圆的度数，字母N、S、E和W分别代表北、南、东、西。底板上有一个行进方向箭头，用户可以将其指向预定的行进方向。此外，有些指南针的边缘标有英寸或毫米刻度，可与地图比例配合使用以确定两点之间的距离。

地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角。因指南针、磁罗盘是测定磁偏角最简单的装置，所以磁偏角的发现和测定的历史也很早。1702年，英国埃德蒙多·哈雷发表了第一幅大西洋磁偏角等值线图。根据规定，磁针指北极N向东偏则磁偏角为正，向西偏则磁偏角为负。磁偏角'是指磁针静止时，所指 的北方与真正北方的夹角。我国北宋学者沈括在《梦溪笔谈》中，记载了地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合，存在磁偏角。

磁子午线随一年四季的变化而变化。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直指地球的南北方向极点，误差只有0.08°地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至，冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为正负23.26°，也就是说在地球南北极附近偏磁点最大，用地球的周长除以365°角在正负23°，等于偏磁极点对应南北极点的距离(正负弧度公里)。

“指南”的词义有指导或准则之意，而“指南”来源于“司南”，两者仅一音之转。在汉至唐的文献中，读者可读到诸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等词语。唐朝以后，在社会科学中，“司南”一词完全为“指南”所取代。唐代以后，“司南”（磁勺）奇迹般地销声匿迹，因是磁针已经问世。

王振铎认为指南针最早的发明不超过宋代，这一观点贯穿于他的系列研究成果。例如，在《司南、指南针与罗经盘(上)》一文中，他描述从周末到唐朝，古人使用的‘司南’或‘指南’是一种便携且可用于测向的仪器，其功能类似于指南针。王振铎指出，唐朝已有便携式的类似指南针的仪器，但它们并非真正的指南针。这些仪器被视为指南针的过渡形式。由于缺乏充分的材料，王振铎未能明确指南针发明的具体时间。在《司南、指南针与罗经盘(中)》中，他提到：“‘指南鱼’的方法比‘指南针’早大约半个世纪，但这两者的具体先后关系，还需要更多历史证据来明确。”他还批判了Alexander Wylie在《中国研究》中的观点，认为唐朝的僧一行已经注意到磁针所指方向与北极的偏差，这是一个误解。王振铎指出，关于磁针偏向的史证未发现比《梦溪笔谈》更早的记录。关于指南针的发明时代，王振铎在《司南、指南针与罗经盘(中)》中提出了一个初步的推测，他写道：“根据《萍洲可谈》中海舶使用的磁针和沈括对方家制磁针的描述，相信其发明时间较早。”指南针的发明应当是一个漫长的过程，其形式随时间而异，因此只能给出一个大致的时间区间。李约瑟认为，磁罗盘最初在中国主要用于堪舆，远晚于其用于航海。李约瑟还肯定了航海罗盘是中国人的发明，可能发生在十一世纪之前，甚至更早。尽管李约瑟对指南针、磁偏角和罗盘的讨论清晰，但有些结论显得过于断定，他对中国指南针的发明做出了总结性的论断。

在王振铎和李约瑟的研究基础上，潘吉星先生进行了总结，并明显倾向于支持李约瑟的观点。在《中国古代四大发明——源流外传及世界影响》一书中，潘吉星详细论述了李约瑟提到的材料。但与李约瑟一样，他在某些问题上的断定过于武断，缺乏充分的证据，使人难以接受。例如，他在书中提到：“从司南仪到指南针的过渡经历了几个技术阶段，这些阶段从魏晋南北朝持续到唐朝。”虽然这种论断性的结论缺乏足够的材料支持，但在总体上是正确的。潘吉星先生引用崔豹《古今注》中的“蝌蚪、虾蟆（青蛙）子也，一名悬针，一名玄鱼”作为“从勺到针”的技术过渡。他认为在晋南北朝，空中悬挂的磁针与方位盘的结合已能准确指南，从而实现了李约瑟所说的“从勺到针”的技术过渡。在同一本书中，潘吉星对水罗盘的出现时间作出了判断，认为“9世纪唐代的堪舆罗盘制造者已经迈出了决定性的一步”。他进一步强调：“晋南北朝开始对司南进行技术改进，并在唐朝后期完成从司南到罗盘的转变，北宋的人们享受了这些技术成果并加以发扬，这是历史发展的脉络。”潘吉星在李约瑟的研究基础上，吸收了王振铎的部分观点，对指南针的发明时间和过程进行了重新界定，虽然有不妥之处，但总体上是科技史的一个进步。而其他一些学者，或是因缺乏新材料而做出惊人的论断，或是基于有限的材料片段提出新论断，但总体上未能获得普遍认同，影响也不大。

指南针在中国古代最初用于祭祀、礼仪、军事、占卜及看风水时确定方位。到了11世纪末或12世纪初，指南针开始在中国船舶上用于导航。北宋朱彧的《萍洲可谈》记载：“舟师（掌舵者）识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”指南针在航海中的应用使其成为全天候的导航工具，弥补了天文导航和地文导航的不足，开创了航海史的新纪元。随着科技的发展，人们发明了电子指南针，可以在手机上使用。这种电子指南针一般由磁场传感器和磁通门加工而成，能够消除误差，还具有抗干扰能力，精度高、稳定性强。除了电子指南针，人们还研制出了“空中指南针”，即全球卫星导航系统。中国自主研发并独立运行的北斗卫星导航系统，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统并称为“全球四大卫星导航系统”。全球定位系统以高精度、高可靠性、全天候、全球覆盖的优势，被广泛应用于生活中的导航、授时等方面。从交通运输、气象探测、海洋监测、资源勘查、基础测绘学，到车载定位、手机导航等，都会借助于它。

指南针的出现及其应用于航海，再结合中国古代的造船技术、航海技术和天文学知识，对中国和世界航海事业的发展产生深远影响。指南针的发明源于中原地区古人如何定向问题的研究，也表明古人对如何定向问题的重视，为此，指南针被誉为中国古代四大发明之一。古代中国人将指南针用于军事和航海的活动，也被用于堪舆术，后来还辗转传入欧洲，在欧洲的航海活动和地理大发现中，发挥了不可替代的重要作用。在航海技术发明中，指南针也是最重要的单项发明。