之后，宋代科学家沈括在其名著《梦溪笔谈》中首次明确记载了磁偏角现象："方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。"
磁偏角示意图
有了磁针的认识，宋朝开始将指南针运用于航海。目前学术界公认的有关指南针的最早记录，来自北宋朱彧的《萍州可谈》："舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针，或以绳钩取海底泥，嗅之便知所至。"这部书由朱彧写于北宋宣和元年（1119）。他是根据父亲朱服在广州做知州时的所见所闻而写。朱服是在北宋哲宗元符二年至徽宗崇宁元年（1099~1102）任广州知州的，也即广州海船上使用指南针的时间不会晚于此时。这是世界航海史上最早使用指南针的记录。
到南宋时，所有远洋海船都配备了指南针，南宋赵汝适在《诸蕃志》中说："渺茫无际，天水一色，舟舶来往，惟以指南针为则。昼夜守视惟谨，毫厘之差，生死系矣。"
借助指南针这样的先进设备，宋朝的海外贸易超过了前代，成为世界上从事海外贸易的重要国家。那时，中国商船的踪迹，近至朝鲜、日本，远达阿拉伯半岛和非洲东海岸。
