Вопрос об ориентации птиц при перелетах изучается давно. В середине прошлого века академик А. Ф. Миддендорф выдвинул теорию ориентации перелетных птиц по земному магнетизму, в соответствии с которой пути птиц определяются магнитными меридианами (птицы, якобы, способны воспринимать силу магнитного поля Земли, а она, как известно, имеет, разные величины в различных точках нашей планеты).

Эту теорию поддерживали Штреземан (Stresemann, 1935), Егли (Jeagley, 1951).
Айзинг (Ising, 1946), Барлоу (Barlow, 1964) предложили гипотезу об инерциальной системе навигации птиц, согласно которой птицы способны ориентироваться по степени изменения Кориолисовых сил, которые постоянно действуют на любое движущееся вдоль земной поверхности тело.

Исследования Крамера (Kramer, 1951, 1957, 1961), Метьюза (Matthews, 1951, 1955), Зауэров (Sauer, Sauer, 1960) показывают, что источником ориентации птиц на перелетах являются солнце и звезды, вся «картина неба» во взаимосвязи с чувством времени («биологические часы») самих птиц в различных географических широтах.

Одним из подтверждений этому может быть наблюдающееся у многих птиц увеличение высоты полета перед заходом солнца, что позволяет им дольше видеть в верхних слоях атмосферы лучи солнца, опускающегося за горизонт. Высказываются предположения (В. Э. Якоби, 1965), что астронавигационные способности птиц не являются наследственными, а приобретаются во время послегнездовых кочевок, на остановках во время пролета и перед отлетом с зимовок.

Птицы в результате поиска выбирают то направление, где лучше кормовые, защитные, аэродинамические и другие экологические условия. Выбрав напрапление перелета и связав его с положением солнца или с преобладающим направлением ветра, птицы совершают беспосадочный перелет, продолжительность и дальность которого зависит от, энергетических ресурсов птицы и условий местности.

Факты свидетельствуют о том, что птицы, накопив жира до 30—40% от веса тела, совершают перелеты до 1000 км, затем делают остановку на некоторое время для пополнения энергетических ресурсов и летят дальше.

Путем кольцевания установлено, что миграции некоторых лесных птиц, например зябликов, происходят бросками, продолжающимися в среднем два дня. Пролетев за это время около 500 км, птицы останавливаются на 4 дня (в среднем) и восстанавливают свои жировые запасы. В период остановки на кормежку птицы путем рекогносцировочных полетов в разных направлениях приобретают навигационные навыки для следующего отрезка пути.

Птицы, совершавшие перелеты, обладают более совершенным чувством выбора направления и лучшими навигационными навыками. Возможно, поэтому весенний перелет идет быстрее осеннего.

Пространственная ориентация птиц представляет собой чрезвычайно сложный комплексный процесс, в котором важную роль играют различные органы чувств, воспринимающие физические и химические сигналы, исходящие из внешнего мира. Друри и Нисбет (Druri, Nisbet, 1964) в результате радарных исследований пришли к выводу, что ориентация у птиц осуществляется в основном зрительно по ландшафту, но с обязательным использованием других способов (инерциального, магнитного, солнечно-звездного и т. д.).

В настоящее время различными опытами подтверждена гипотеза о дублирующих системах ориентации птиц, дополняющих или заменяющих друг друга в зависимости от условий и характера решаемых задач. Также установлена ориентация птиц с помощью эхолокации.

Южноамериканский козодой гуахаро лоцирует на слышимых частотах (7300 гц) с длительностью звуковых импульсов около 1 м/сек с интервалами в 2,5 м/сек. Открыта эхо-локация также у стрижа-саланганы. Предполагается она у кроншнепа и козодоя.