运用航海学的知识，制定航行计划、通过海图作业随时掌握船位并使船舶沿计划航线航行，是航海者的重要任务。

古代航海家仅能利用视界内的陆标引航，这种技术称为引航术。有了磁罗经和计程方法以后，开始能进行航迹推算，作远离海岸的航行。通过长期的实践，15～17世纪逐步总结出八大航法：平面航法、流中航法、折航法、等纬航法、中分纬度航法、墨卡托航法、大圆航法和混合航法，形成以三角计算为基础的航海学。18世纪30～40年代，六分仪、天文钟以及天文定位方法的问世，进一步解决了远洋航行中的定位问题，充实了航海学的内容。20世纪20年代，现代海图普及后，大多数航法计算为海图绘算所取代，使航海作业更方便、直观。30年代以后，航海广泛使用陀螺罗经、计程仪、测深仪、雷达、无线电测向仪和各种双曲线定位仪等新式航海仪器，在很大程度上提高了推算和观测船位的准确性。60年代以后，随着无线电导航系统自动观测能力和观测精度的不断提高，以及通过微处理机将船舶各种航海仪器和操纵系统综合起来，初步实现了船舶航行自动化，使航海学出现了一次新的飞跃。80年代后，随着各种卫星导航定位系统的应用，全天候广域的定位精度得到极大的提升，进入高精度航海时代。2008年，随着国际海事组织要求船舶安装电子海图显示与信息系统的开始，航海进入以信息系统支持决策的数字航海时代（见e-航海）。

地球为不规则的椭球体，在航海一般的定义和计算中，近似地将地球当作正圆球体，其半径为6 366 707米；在较为精确的定义和计算中，将地球作为两极略扁的地球椭圆体。2000年后，确定采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）参数为：长半轴为6 378 137米、扁率为1/298.257 222 101。在地球表面航行，确定地理坐标、方向基准和距离单位是确定船位、航向、航程的基础。

航海上采用地理坐标即地理纬度和地理经度表示位置。地球上任一点的纬度，定义为通过该点的纬度圈与赤道在经度线上所夹的弧长，由赤道向南、北度量各由0°～90°；地球上任一点的经度，定义为通过基准经度线（格林尼治经度线）与通过该点的经度线在赤道上所夹的小于180°的弧长，由基准经度线向东、西度量各由0°～180°。

航海上通常以基准北作为计算航向和方位的基准。最常用的方向划分法为圆周法，即顺时针方向由0°～360°。此外，还有象限法、半圆法和罗经点法等方位划分法。航向指基准北线与船首向线的夹角，常用圆周法划分。方位指基准北线与目标方位线的夹角，常用圆周法划分。船首向线与目标方位线的夹角称舷角，以船首向线为基准，常用半圆法或圆周法划分。如用半圆法划分，向左向右各由0°～180°。舷角为90°时称为正横。航海上用罗经指示航向和方位，通常存在罗经差，必须加以修正才能得到真航向和真方位。

航海上度量距离的单位最常用的是海里（n mile），它等于地球椭圆子午线上纬度1′的弧长，长度随纬度而变，且随采用的地球椭圆体参数不同而不同。为了航海实际的需要，中国和大多数国家均采用1852米作为海里的标准长度。航海上的距离单位还有链（cab）和米，1链等于0.1海里，约185米。航程是船舶航行经过的距离，航行速度是单位时间内的航程，单位为节（knot; kn）。由于船舶在水上航行，所以，一般船舶的航速指的是静水中（无风流影响）的航行速度，即相对于水的航行速度；船舶在风流影响下相对于海底的速度称之为实际航速，也叫作对地航速。同样，航程也有对水航程和实际航程之分。

航海学的研究内容主要有3个方面：船位确定、航线设计和航行方法。此外，还要研究海图和航海图书资料、航海仪器、航标、潮汐表和航海气象等。

航海者须随时知道船位。方法有航迹推算和观测定位两类。航迹推算是根据罗经和计程仪所指示的航向和航程，并计算风和流等的影响，从已知起算点推算出航迹和船位。观测定位是使用各种航海仪器观测外界已知位置的物标确定船位，有陆标定位、天文定位、无线电定位和卫星定位等。

拟定航线是制订航行计划的首要任务。应根据航行任务和航行地区的地理、气象、海洋情况，以及船舶状态、技术设备状态和船员的经验和水平等拟定。可参考《世界大洋航路》《航路指南》《航路设计图》等航海资料所提供的推荐航线，也可以采用气象航线。航线确定后，再制订航行的具体实施计划。其内容主要包括：航向，航程，预计起航、到达中途港和目的港的大约时间，通过危险或困难水域的时间和避险措施，估计到达转向点的时间，转向目标和转向措施等（见海上航线）。

研究应对不同环境和气象条件下的导航方法和措施，包括大洋、沿岸、狭水道和极区等不同海区，也包括雾、冰和风暴等不同条件。例如，在大洋和沿岸海区应对出现的台风或者控制方位很大的气旋，正确估计其运动的路径，正确判断船舶与风暴中心的相互位置，结合本船的适航性能和装载情况，选择最利于避开大风浪的航线航行，引导船舶安全又快速地通过恶劣环境海域；狭水道航行（包括港湾、海峡、岛礁区和江河等复杂水道航行）中，掌握航道特点，利用各种导航和避险方法，引导船舶沿预定航线航行；冰区航行方法主要是掌握冰情，选择冰量少、冰质弱的航线，掌握多航向运动的航迹推算、结合卫星定位方法，随时掌握船位分析冰况，引导船舶安全通过冰区。雾中航行是分析不同雾的生消规律，结合水域条件，在掌握船位的基础上，适当调整航线，极其仔细地进行航迹推算，有效利用雷达和卫星定位，与导航和电子海图显示以及信息系统的综合信息辅助，同时注意用听觉和雷达探测和瞭望，避免碰撞，安全通过雾区。

航海学的研究内容应用于整个船舶的航次计划制定和航行过程，对其知识的掌握和运用程度直接影响是否能够保证船舶安全、经济的航行。

跟踪航海实际，不断摒弃过期的内容，研究新的技术和发展是其应遵守的准则。