第一次，我国古代劳动人民在采矿和冶炼的过程中，发现了一种带磁性的铁矿石，最早称为“磁石”。两千多年前的战国时期，人们就利用磁石做成一种指南的工具——司南。司就是指，司南就是指南的意思。司南的形状像一把汤匙，经过人们的精心琢磨，把磁石的磁南极一头磨成匙柄，另一头磨成柄呈椭圆形，底部是圆的汤匙，磨的很光滑，将其放在一只方形的底盘上。底盘四周刻有甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸、子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥、乾、坤、巽、艮二十四向，辅助司南定向。底盘的中央是一个光滑的圆槽，将司南的圆底放置在里面便能转动自如，当它静止时，匙柄所指的方向便是南方。这是世界上最早、最古老的指南仪器。

第二次，到了宋朝，人们发现钢铁在磁石上磨擦后也会产生磁性，这就是现在人说的磁化，而且不易走失，用这种人造磁制作的指南仪器，当时称为“指南鱼”。制造这种指南鱼时，先将薄铁片剪成鱼形，放在火上烧红，按磁石的指极方向，分别蘸水冷却，以磁石的磁北极和磁南极各自在鱼头鱼尾上摩擦，铁鱼就被磁化了，而且有磁性，这样指南鱼就基本制成了。辨别方向时，端一碗水放在无风处，将铁鱼片放置在水中，让它浮在水面上摆动，当停止时，鱼头自动指向南方。与司南相比，使用较为简便，既不需要光滑的底盘，也不需要放平，只要一碗水就可以了。指南鱼的制成和使用是指南仪器的又一大进步，但指南鱼需要水和无风的环境，这就限制了它的使用范围。

第三次，人们又不断地研究试验，终于造出磁性钢针形的指南器。它的作法还是将钢针磁化，使其有磁性，能指南或指北；关键是它既简便又准确地定方向问题。沈括在《梦溪笔谈》中记载了四种方法：先是把指南针放在指甲盖上或碗边上，能够灵活转动，最后指向南方，但此方法指针容易滑落，不太稳当。又试图把指南针浮在水面上，当水摇荡时，指南针难以准确地指向南方。相比之下，以悬挂为最好。方法是从细丝绵中抽一根单丝，点一滴蜡将丝粘在针腰，然后将其悬挂在无风处，这样既牢固又灵活，指针灵敏而准确指向了南方。最后一种是罗盘针，是最科学的一种方法，它是把指针的中腰顶在一根小针上，小针置于一个刻有二十四向的方位盘，把磁针所指的方向对准盘上的正南方位，使用时，磁针就自然地转向南方。(www.daowen.com)

另外，《梦溪笔谈》提到磁针指南，“然微偏方，不全南也”，这是中国人在使用指南针时一个极其重要的发现，把这个指针的偏向，称之为“磁偏角”，产生这种现象的原因是地球上磁极不是正好的南北两极的缘故。由此可知沈括是世界上第一个发现磁偏角的人，在以后的古籍中还明确地指出磁偏角在五度以内，不同地区磁偏角略有差异。

指南针发明成功后，很快被应用到航海事业中，大大促进了航海事业的发展。在船头船尾各置一只水浮式指南针，逢阴雨天用它来定南北、辨方向。两宋时期我国沿海各地海船出海，广泛使用了指南针定向，不仅促进了航海技术的发展，也促进了两宋海外贸易的兴旺发达，他们近到日本、朝鲜、远到南海、非洲东海岸各国，这就把指南针传到了世界各地，先是传到阿拉伯人和波斯人，再传到欧洲，促进了世界航海业的大发展，世界文化的大交流，加速了世界经济的发展进程，加速了世界文明的前进步伐。