但是，钟表的出现大大提高了纬度估测的准确性，不仅能将航行过程的时间误差缩小到分甚至秒，还能用于确定两地的不同时间。例如，出发地和某个目的地的时间，还可供计时之用。意识到这一点的重要性，英国政府提出，发明航海精密计时器的人将得到一万英镑奖励，前提是如果该计时器在一年的时间里误差不超过指定的分钟数。这项奖励的获得者是约翰·哈里森。从这时起，即使对天文知识一窍不通，船长们也能够在几分钟内知道自己所处的纬度。哈德利的六分仪和哈里森的精密计时器是库克船长完成工作的必不可少的助手。可以说，无论从目标还是使用的工具来看，库克船长的航行完全是按照英国人的方式来进行的。
詹姆斯·库克是个经验丰富的水手。在跟随沃尔夫探索圣劳伦斯河的时候，他表现出了相当的智慧。后来，他又被任命为纽芬兰的航海勘测员。当英国皇家学会决定派遣一支探险队根据哈雷的预测观察金星凌日的时候，他们不敢将这种探险任务交给一个纯粹研究科学的人，例如哈雷本人，因为水手们不会服从他的命令。英国海军部的首席水道测量家达尔林普尔虽然是最适合的人选，但他也缺乏航海经验，所以最终决定库克当选，这也被事实证明是非常正确的决定。库克选择了一艘沿海运煤船，名为“奋进”号，载重360吨，因为其横梁宽度决定了它能够携带更多给养和装备，还能在靠近海岸线的水域航行。就在他们出发之前，瓦利斯船长环球旅行归来，发现（或重新发现）了塔西提岛，他认为那里是观察金星凌日的合适地点。
于是，库克来到塔西提岛。1769年6月3日，他以成功的观测完成了这次航行的主要目标。但此后他继续朝更远的地方行进，不久便来到看上去像塔斯曼发现的斯塔顿兰德的地方。不过，库克发现，这里虽然属于南方大陆的一部分，但是由两个岛组成，他驾船从两岛之间穿过，将中间的海峡以他的名字命名。1770年3月31日，库克离开新西兰。4月20日，他遇到了西方的另一片土地，之前没有水手知道那个地方。船驶入一个水湾，在探险队里的博物学家约瑟夫·班克斯先生的协助下，库克探索了周边地区，他发现这里有许多新奇的植物，所以将此地命名为博塔尼湾。
然后，他沿海岸向北航行，在东海岸遇到一块大暗礁，差点把船毁掉，但他设法控制着船驶过了暗礁，来到了这片土地的尽头，这证明它与新几内亚没有关系。换言之，他来到了托雷斯海峡的最南端。库克将这块广阔的海岸地区命名为新南威尔士，因为他觉得这里有些地方与斯旺西相像。通过第一次航行，库克证明，无论新荷兰还是斯塔顿兰德都不属于伟大的南极大陆，至于这块大陆究竟是什么样的便成了古人留下的唯一谜题，也是地图上的空白。1772年，库克开始第二次航行，目的就是解决这个问题。他直接去了好望角，从那里沿之字形航线环绕了南极，航迹达到探险队力所能及的最南方，只在遇到冰层的时候掉头。即便如此，他也没有找到传说中的南极大陆，因此这说明这块大陆并不存在。在这次航行的剩余时间里，他重新发现了很多西班牙人、荷兰人和英国人曾经登陆过但没有精确勘察过的群岛。后来，库克从新西兰航行至合恩角，横穿了太平洋，但没有发现任何面积较大的陆地。值得一提的是，在3年的探险活动中，他只失去了118名队员中的4个，只有一个是病死的。
还有一个海洋地理学的大问题需要解决，就是西北通道是否存在。众所周知，许多英国航海家都尝试从哈得孙湾东面寻找西北通道。1776年，乔治三世派库克用新的方法解决这个问题——从美洲的西北海岸寻找可能通向哈得孙湾的入口。胡安·德·富卡提到的那个大海湾仍然迷惑着地理学家们，使其认为在西北海岸有可能找到入口。库克不仅解决了这个问题，还穿过了白令海峡，考察了它的两边，确定了亚洲和美洲大陆之间有一个36英里的缺口。在回程的路上，库克在欧维夷（夏威夷）登陆，1777年，他在那里被杀，他的船员匆忙赶回英格兰，没有再进行探索活动。
库克的航行引起法国人的热情效仿。虽然当时英法两国正在打仗，但出于荣誉感，法国人决定，其舰队不会骚扰库克船长曾经使用过的船只。1783年，弗朗索瓦·德·拉·佩鲁斯奉命率领探险队完成库克的工作。他探索了亚洲东北海岸，考察了库页岛，穿过库页岛和日本之间的海峡——人们常以他的名字称呼这条海峡。在堪察加半岛，佩鲁斯让随船的俄语译员莱赛普先生登岸，委托他把他的航海日志和调查报告送回国。莱赛普亲自仔细考察了堪察加半岛，并且成功地从陆路回到巴黎，成为了第一个从太平洋地区来到大西洋地区，跨越新旧两块大陆的欧洲人。追随库克的足迹，佩鲁斯考察了新南威尔士海岸。令他惊奇的是，1787年，当他的船进入位于海岸中段一个条件优良的港口时，他发现一些英国船只正在那里建立澳洲的第一个殖民地。佩鲁斯又请英国人帮他把新的考察报告带回国，然后便开始探索新荷兰沿岸地区，但此后便无消息传回。直到1826年，人们才在斐济附近的瓦尼科罗岛发现了他的探险船只残骸。
如我们所见，库克探索完澳大利亚东岸之后，人们就在那里建立了定居点。后来，菲利普船长把一些罪犯送到博塔尼湾。从那时起，英国探险家们逐渐掌握了澳洲沿岸和内陆地区的准确情况。在第二次航行时，库克曾使用过一艘船，粗略地考察了范迪门兰德，他得出结论：该地与澳洲主陆相连。然而，1797年，海军外科医生巴斯和六名船员乘坐一艘小型捕鲸船从杰克逊港来到南部，他们发现大陆南端与范迪门兰德之间有一片开阔海域，于是这里便被称为巴斯海峡。1799年，巴斯的同伴弗林德斯从东边的路文角沿南岸航行，在恩康特湾遇到一艘法国船，“恩康特”就是法语“偶遇”的谐音。继续前行的弗林德斯发现了菲利普港。P.P.金船长在1817年至1822年的四次航行（考察了河流的出海口）之后，澳大利亚沿岸地区已经出现了很多定居点。
现在只剩内陆地区有待探索。考察东海岸地区比较困难，因为有蓝山山脉的阻隔，而且沟壑纵横，崎岖难行，让考察者经常走入死胡同。不过，在1813年，菲利普·温特沃斯设法越过了各种山川沟壑，在西边找到了一个肥沃的高原。第二年，埃文斯发现了拉克兰和麦格理河，并且深入到更远的巴瑟斯特平原。1828-1829年，斯图尔特船长沿着达令和墨累两条大河考察，获得了很多全新的地理信息。1848年，德国探险家莱卡特在试图向北穿越内陆时丧生。但是，在1860年，两位探险家——伯克和威尔斯——成功地沿着东海岸从南方来到北方。在1858年至1862年的5年中，约翰·麦杜渥·斯图亚特完成了更为困难的壮举——从南向北穿越澳洲大陆中部，目的是为架设电报线路进行勘探，后来线路架设成功。这时候，定居点已经如雨后春笋般出现在整个澳大利亚东海岸，只剩西边的沙漠没有探索。后来，在1868年至1874年间，约翰·弗雷斯特穿越了西澳大利亚，其长度与中央电报线相当。在1872年至1876年间，欧内斯特·贾尔斯在北部完成了同样的壮举。在1897年，丹尼尔·卡内基议员从南部的库尔加迪金矿来到北部的金伯利矿区，将前面的两条路线连接起来。这些探险加深了我们对澳洲内陆的了解，而且用事实证明了这些知识是值得我们了解的。