Både lærde og navigatører forstod, at hvis himmellegemernes positioner kunne måles nøjagtigt til søs, kunne søfolk bestemme deres breddegrad med rimelig sikkerhed. For at opnå dette krævede præcisionsinstrumenter.
Ptolemæus beskrev astrolabiet (også kendt som et stjerne-måleinstrument); større versioner blev brugt i observatorier, mens mindre blev brugt på skibe. At betjene en astrolabium krævede et hold på tre: en person holdt instrumentet ved sin tommelfingerring, en anden tog observationen, og en tredje læste resultatet fra skiven. Når skibet vuggede voldsomt, var de resulterende mål naturligvis ikke særlig nøjagtige. Når det var muligt, gik sømænd i land for at tage deres aflæsninger.
Gamle astronomer brugte krydsstaven- til at måle stjerners højde, en teknik, der senere blev brugt af søfolk til navigation. Instrumentet bestod af en hovedstav og et kryds-stykke, med den nederste ende af kryds-stykket holdt vandret. Mens han så et himmellegeme langs hovedstaven, ville brugeren glide krydset-, indtil det så ud til at røre objektet (såsom solen eller en stjerne) inden for deres synsfelt, og derefter aflæse gradmålingen fra staven. Dette instrument kan betjenes af en enkelt person.
Både astrolabium og kors-personalet krævede, at observatøren kiggede direkte på solen. På klare dage gjorde det intense lys observation umulig. For at løse dette problem opfandt den engelske kaptajn og navigatør John Davis bagstaven. Den bestod af en hovedstav og en glidende kryds-vinge. Iagttageren stod med ryggen mod solen og gled korsvingen-, indtil den kastede en skygge på en lille vinge foran; denne metode gjorde det muligt for observatøren at se horisonten.
Med bistand fra Edward Wright, en matematiker fra Cambridge, opfandt John Davis også kvadranten. Dette instrument havde et okular på dets kryds-vinge, så observatøren kunne se både horisonten og det reflekterede billede af solen.
Pierre Bouguer, en hydrograf fra Croisic, forbedrede kvadranten yderligere; den modificerede version gjorde det muligt for observatøren at se solen hvile i horisonten gennem okularet.
John Hadley fra England opfandt oktanten, som først blev testet i 1732. Den består af et reflekterende teleskop og et vaterpas. Dette instrument er langt mere præcist end noget andet instrument, der tidligere blev brugt til søs.