Både lærde og navigatører forsto at hvis posisjonene til himmellegemer kunne måles nøyaktig til sjøs, kunne seilere bestemme breddegraden deres med rimelig sikkerhet. For å oppnå dette krevde presisjonsinstrumenter.
Ptolemaios beskrev astrolabiet (også kjent som et stjerne-måleinstrument); større versjoner ble brukt i observatorier, mens mindre ble brukt på skip. Å betjene en astrolabium krevde et team på tre: en person holdt instrumentet i tommelringen, en annen tok observasjonen, og en tredje leste resultatet fra skiven. Naturligvis, når skipet gynget voldsomt, var de resulterende målingene ikke særlig nøyaktige. Når det var mulig, ville sjømenn gå i land for å ta avlesningene sine.
Gamle astronomer brukte kors-staven for å måle høyden til stjerner, en teknikk som senere ble tatt i bruk av sjømenn for navigering. Instrumentet besto av en hovedstav og en -korsbit, med den nedre enden av kors-stykket holdt horisontalt. Mens han så et himmellegeme langs hovedstaven, ville brukeren skyve korset-til det så ut til å berøre objektet (som solen eller en stjerne) innenfor synsfeltet, og deretter lese gradmålingen fra staven. Dette instrumentet kan betjenes av en enkelt person.
Både astrolabiet og kors-personalet krevde at observatøren så direkte på solen. På klare dager gjorde det intense lyset observasjon umulig. For å løse dette problemet fant den engelske kapteinen og navigatøren John Davis opp bakstaven. Den besto av en hovedstav og en glidende kryss-vinge. Observatøren sto med ryggen mot solen og skled korsvingen- til den kastet en skygge på en liten vinge foran; denne metoden tillot observatøren å se horisonten.
Med hjelp av Edward Wright, en matematiker fra Cambridge, oppfant John Davis også kvadranten. Dette instrumentet hadde et okular på kryssvingen-, slik at observatøren kunne se både horisonten og det reflekterte bildet av solen.
Pierre Bouguer, en hydrograf fra Croisic, forbedret kvadranten ytterligere; den modifiserte versjonen gjorde det mulig for observatøren å se solen hvile i horisonten gjennom okularet.
John Hadley fra England oppfant oktanten, som først ble testet i 1732. Den består av et reflekterende teleskop og et vater. Dette instrumentet er langt mer presist enn noe annet instrument som tidligere ble brukt til sjøs.