指南针，古代又叫司南，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，磁针的南极指向地理南极（磁场北极），利用这一性能可以辨别方向。物理上指示方向的指南针的发明有三类部件，分别是司南、罗盘和磁针，均属于中国的发明。而据《古矿录》记载，指南针最早出现于战国时期的磁山一带。
然而，天然磁石在强烈震动和高温时容易失去磁性，而司南与底盘接触的摩擦力又太大，所以指向效果并不好。在司南之后，人们又进一步探索性能更稳定、携带更方便的磁性指向工具。
他认为，“水浮”法虽应用较广，但“水浮多荡摇”是一重大缺陷。置“指爪”和“碗唇”方法是指将磁针放在指甲或碗边，这样做虽然摩擦力很小，但太不稳定。只有“缕悬”法是比较好的。它是用细线将磁针悬吊，在无风的地方指向效果很好。南宋时期的陈元靓在其《事林广记》中介绍了他制造的指南龟：木刻的指南龟内部装上磁石，底部用一根极尖的竹针支撑，使其可以自由转动。这种指南龟日后发展成旱罗盘。
宋元时期，中国的对外贸易和海上交通十分发达。广州、泉州、宁波、杭州都是对外港口。中国的船只远达大西洋沿岸，指南针正是这些远航水手传给阿拉伯和波斯的。通过他们，中国发明的航海罗盘为欧洲人所熟悉。13世纪初，欧洲开始有在航海中使用指南针的记载。
指南针的发明，在中国古代最先用于祭祀、礼仪、军事和占卜与看风水时确定方位，后来使中国的航海事业在中世纪达到了世界最高水平。
1281年，郑震率商船从泉州出发，经3个月到达斯里兰卡，以后多次在印度洋上航行。
指南针发明后，逐渐传播到了西方，并影响了世界历史的进程。它的应用标志了原始航海时代结束，预示着计量航海时代的来临。
作为印度洋主要航行者的阿拉伯人最先得到指南针，欧洲人又从阿拉伯人手中接过。借助指南针，欧洲人打下了一块又一块的殖民地，扩大了海外市场。到哥伦布发现美洲大陆时，指南针早已成为哥伦布航海最重要的技术保证。马克思评价航海指南针“打开了世界市场并建立了殖民地”，可见航海指南针在人类发展史上的重要作用。
如今，虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。为弥补这一不足，现代人制作了各种电子指南针，它可以对GPS信号进行有效补偿，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。