宋朝時，由於航海事業的發達，在促進其他方麵的科學技術大發展的同時，各式各樣的指向工具也都應運而生。宋代大科學家沈括在他的《夢溪筆談》中記載了針形指南針的四種裝置方法。
一是水浮法，就是使磁針中部穿在一根燈芯草中，一起懸浮在水麵上。二是指爪法(也叫指甲旋定法)，就是把磁針平放在指爪甲上，由於爪甲摩擦阻力較小，磁針很容易轉動，就會在地磁場的作用下自動地指定南北方向。三是碗唇法(也叫碗沿旋定法)，就是把磁針平放在碗唇(碗的邊緣棱)上，指向原理與指爪法相同。四是縷懸法(也叫絲懸法)，就是用一根繭絲係在磁針腰上，用芥子大小的蠟將它固定好，懸掛在沒有風的地方，就會自然指向南北。沈括根據豐富的經驗指出，在這四種支承法中，水浮法搖蕩不穩，跟指南魚的效果差不多，指爪法和碗唇法又容易滑落，以縷懸法為最佳。
後來，人們受指南龜用支撐法製造的啟發，就模仿著造出了指南針，就是將磁針支撐在底盤上。製造指南針的基本技術在宋代就已經完成。可以說，現在航海上所使用的指向儀器雖然非常精密，但其基本原理和形式還是指南針。
由於指南針的製造和使用，我國人民在世界上最早發現了“磁偏角”的地磁學現象。沈括在他的科學名著《夢溪筆談》中說：“方家以磁石摩針鋒，則能指南，然常偏東，不全南也。”明確指出，指南針並不是指向正南方，而是稍微往東偏一些，“磁偏角”就是沈括為這種地磁學現象所起的名稱。這在今天的中學生朋友看來，無疑屬於很普通的常識了，因為地球的兩個磁極並不恰好位於南極和北極上，而是有一段距離，這樣，磁針所指的方向與連接地球南北極的子午線之間就形成了一個偏角，這個偏角在地球上不同的地方，大小是不一樣的。我們知道，古代的科研手段是相當落後的，測算磁偏角當然也十分不容易。除沈括發現了指南針“常微偏東”之外，寇宗黎(shì)也發現了這一點，他說磁針“常偏丙位”，按照中國古人的測算，“偏丙位”，就是說磁偏角在零至十五度之間。歐洲人直到13世紀才知道這個磁偏角，並製造了用以測定磁偏角的磁傾針。但他們卻誤認為磁偏角是指南針構造木精密導致的。隻是在15世紀末哥倫布在遠渡大西洋時才確認有這個磁偏角，比我國晚了四百多年。
最初的指南針沒有固定的方位盤相配合，沈括所描繪的幾種指南針都沒有方位盤。到南宋時才出現了羅經盤，或稱之為地螺、針盤等，也就是使指南針與方位盤聯成一體。這使指南針在航海中有了更加方便和廣泛的應用。宋人吳自牧在《夢粱錄》中曾說：“風雨晦冥時，惟憑針盤而行，及火長掌之，毫厘不敢差誤，蓋一舟人命所係也。”在狂風暴雨或天氣陰暗之時，全船的身家性命全都寄托在這個針盤上，它能毫厘不差地指示方向，因為它上麵有很精細的刻度。宋人曾三異《因話錄》中也認為，“地螺或用子午正針，或用子午、丙壬間縫針”，這裏的子、午、丙、壬表明針盤是按幹支分劃刻度的。這種指南針因有精確的刻度，比以前的指南魚等使用起來方便多了。它的方便之處就在於：在它刻有二十四向的圓形底盤上，隻要看一下磁針在方位盤上的位置，立即就能定出方位來。