Развитие торговли заставляло европейцев искать свободный морской путь на восток, в Азию. И в конце XV столетия появился человек, который был подготовлен к выполнению такой задачи. Это был X. Колумб родом из Генуи. Плавая с юношеских лет в Исландию, Гвинейский залив, он становился смелым, наблюдательным и опытным моряком. Предполагалось, что, идя на запад от берегов Европы, можно достигнуть Азии — о существовании материка, названного потом Америкой, ведь еще никто не знал.

3 августа 1492 г. три каравеллы Колумба вышли в Атлантический океан, держа курс на запад. В пути Колумб произвел первые наблюдения над течением в открытом океане, открыл Северное пассатное течение, Саргассово море, впервые обнаружил склонение магнитной стрелки компаса. Через 70 дней после выхода из Испании — 12 октября 1492 г. — была открыта первая земля. Посетив затем Кубу и Гаити, Колумб повернул обратно в Испанию через Азорские острова.

Другой итальянец, Дж. Кабот, живший в Англии, также предпринял путешествие с целью достичь Китая. Он вышел из Бристоля весной 1497 г., открыл Ньюфаундленд, Лабрадор (вторично после норманнов) и холодное Лабрадорское течение. Впервые на основе уже имевшихся сведений он воспользовался течением Гольфстрим, что позволило значительно ускорить плавание.

Первое кругосветное плавание португальца Ф. Магеллана (1519–1521 гг.) полностью решило проблему единства Мирового океана и дало возможность определить соотношение размеров суши и океанов на Земле. Дело в том, что великие открытия и завоевания новых земель в Америке не приблизили испанцев к цели — открытию морского пути в Индию и к Зондским островам. Мешала также невозможность пройти в Тихий океан через Панамский перешеек. Поэтому Испания охотно согласилась санкционировать экспедицию опытного моряка Магеллана.

20 сентября 1519 г. во главе эскадры из пяти судов он вышел из порта Сан-Лукар. Путь Магеллана был значительно длиннее, чем он предполагал, из-за ошибки в определении географической долготы. В этом не было ничего удивительного — географическую долготу тогда не умели определять. Впервые в истории океанографии Магеллан попытался измерить глубину океана, но лот не достал дна, и мореплаватель решил, что его судно находится над самой глубокой частью океана. Заслуга Магеллана велика — он открыл и пересек самый большой океан планеты, равный трети ее поверхности.

Таким образом, всего за 35 лет было открыто больше половины земной поверхности. Это время было справедливо названо эпохой Великих географических открытий.

В XVI–XVIII вв. многочисленные плавания охватили различные районы Мирового океана. Голландец А. Тасман впервые обогнул с юга Австралию и открыл в 1642 г. берег Новой Зеландии.

Пройдя вдоль берегов Сибири, русские обследовали весь Северо-Восток Азии. В 1648 г, казак С. Дежнев впервые достиг ее восточной оконечности и доказал, что она отделяется от Америки проливом. Он открыл также северо-восточный берег Камчатки и мыс, вначале названный Восточным. В 1898 г. по представлению Русского географического общества он стал именоваться мысом Дежнева. Следует заметить, что открытие Дежневым пролива между Азией и Америкой было впоследствии забыто. А в 1728 г. Витус Беринг вновь прошел этим проливом, и с тех пор он носит имя этого отважного морехода.

Значительное место в истории занимает географическое предприятие россиян — Великая Северная экспедиция, продолжавшаяся с 1732 по 1743 г. Это было первое обследование всего северного берега Европы и Азин — от Белого моря до реки Колымы. Вплоть до начала XX столетия собранные экспедицией материалы во многом оставались уникальными.

В 1768–1779 гг. англичанин Дж. Кук предпринял три экспедиции в Тихий океан, обследовав его от Антарктики до Чукотского моря в Арктике. За столетие после плаваний Кука было проведено 75 научных морских экспедиций, из них 25 кругосветных. Все они приносили новые данные о физических свойствах вод океанов, об их движении.

Среди кругосветных плаваний необходимо отметить походы И. Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского на кораблях «Нева» и «Надежда» в 1803–1806 гг. На этих судах велись глубоководные океанографические наблюдения — определялись течения, температура, колебания уровня. В 1819–1821 гг. Ф. Ф. Беллингсгаузен и М. П. Лазарев, совершив беспримерное плавание на шлюпах «Восток» и «Мирный», открыли Антарктиду. Они изучали физико-химические свойства антарктических льдов, составили их классификацию. Именами шлюпов названы первые советские станции на самом южном, ледовом материке планеты.