Gli strumenti in uso per l'osservazione del cielo nella marineria spagnola e portoghese del XV secolo erano soprattutto l'astrolabio, il quadrante e il notturlabio. Amerigo Vespucci (1454-1512) menziona esplicitamente i primi due nelle sue lettere, spiegando che insieme alla carta nautica rappresentavano il fondamento della navigazione scientifica. L'astrolabio era stato introdotto nell'occidente cristiano dagli astronomi arabi ed era sostanzialmente una mappa del cielo che riproduceva in piano il movimento circumpolare delle stelle. Diverse lastre planisferiche intercambiabili consentivano di visualizzare le costellazioni boreali alle varie latitudini, in modo da avere sempre una corrispondenza perfetta con la mutevole apparenza del cielo dalle varie regioni della Terra. Sulle navi si usava solitamente l'astrolabio nautico, che limitava le sue applicazioni alla misura delle declinazioni degli astri, in particolare della Stella Polare, nel momento del transito al meridiano. In tal modo si misurava la latitudine del luogo in cui si trovava la nave. L'astrolabio nautico non aveva i timpani, ossia le lastre planisferiche tipiche dell'astrolabio piano; aveva solo la madre, il lembo graduato, l'alidada e l'anello di sospensione. Per agevolare l'osservazione in condizioni atmosferiche avverse, la madre dell'astrolabio nautico era spessa, pesante e ampiamente traforata. Il peso manteneva lo strumento perpendicolare al suolo nonostante il beccheggio e il rollio della nave; il traforo evitava invece che, in presenza di vento forte, lo strumento facesse vela e oscillasse nelle mani dell'osservatore impedendogli di puntare stabilmente l'astro prescelto. Il quadrante svolgeva una funzione analoga e si distingueva solo per la presenza di un quadrante dei seni, noto nella marineria come quartiere di riduzione. Il reticolo di linee ortogonali intersecate da un arco di 90° che formava il quartiere di riduzione serviva a ridurre il calcolo delle funzioni trigonometriche da un angolo maggiore di 90° al caso di un angolo contenuto nel quadrante. Il notturlabio era invece un orologio notturno che, fissando la Stella Polare e la posizione delle prime due stelle dell'Orsa Maggiore, consentiva di conoscere l'ora in qualsiasi momento della notte.