指南针主要材料是磁石，原理是将一根磁针装在轴上，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，磁针的北极指向北磁极，利用这一性能可以辨别方向。

地球是一个大磁体。地球的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。地球表面的磁体，当可以自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北—这个道理，古人不够明白；但这类现象，古人已经发现。