בעלי חיים רבים מסוגלים לנווט באמצעות גופי שמים כמו מיקום השמש. משום שהשמש נעה במסלול קבוע ברקיע תהליך הניווט דורש גם שימוש בשעון הביולוגי כדי לכייל את כיוון השמש על פי שעות היום. בעלי חיים שעושים שימוש בשמש לניווט כוללים דגים, ציפורים, צבי ים, פרפרים, דבורים, זוחלים ונמלים. מצפן השמש משמש מינים מסוימים כאמצעי ניווט יומיומי אולם עבור בעלי חיים מסוימים כמו צבי ים הוא משמש בנדידה אל עבר אתרי הרבייה וההטלה אליהם הם מגיעים בכל שנה.
מחקר שנעשה בסרטנים קטנים מקבוצת הטליטרידים (Talitridae - שטצדאים יבשתיים) הראה כי הם מסוגלים לנווט חזרה לים אם מזיזים אותם לנקודה אחרת בחוף, ושיכולת זו לא מתבססת על שימוש בשיפוע שלילי אל עבר המים או אות פשוט אחר כמו צלילי הגלים או מראהו של הים. על מנת להראות שהטליטרידים עושים שימוש במיקום השמש כדי לנווט קבוצת פרטים הורגלה למחזור יום ולילה תחת תאורה מלאכותית אשר זמני הפעלתה שונו באופן הדרגתי עד שהייתה בהפרש של 12 שעות מהמחזור הטבעי. לאחר מכן אותה קבוצה הוחזרה לחוף בתאורה טבעית, והחוקרים ראו כיצד לאחר שהפרטים שוחררו הקבוצה נעה הרחק מהים, במעלה החוף. המסקנה שהחוקרים הפיקו מהניסוי הייתה שהטליטרידים משתמשים במיקום השמש בשמים ובשעון הפנימי שלהם על מנת להתמצא, ושכך הם למדו את הכיוון של הים בחוף בו חיו.
ניסוי שערך רונלד לוקלי במהלך המאה ה-20 הראה שאם משחררים פרטים של היסעור האטלנטי במזג אוויר בהיר הם מצליחים במהרה למקם את עצמם ולעוף בכיוון הנכון גם אם שוחררו במרחק רב מהקן. אולם, יסעורים ששוחררו תחת שמיים מעוננים ללא שמש גלויה עפו במעגלים.
הפרפר דנאית מלכותית עושה שימוש במצפן שמש על מנת לנווט את נדידתו בסתיו מקנדה למקסיקו.
שימוש בגרמי שמיים.
מלבד השמש, ישנם גרמי שמים אחרים בהם יכולים בעלי חיים להשתמש בתהליך הניווט, כמו הירח והכוכבים.
כחלק מעבודתו על ניווט בבעלי חיים הציב לוקלי קבוצת ציפורים בכלוב בתוך פלנטריום שהציג את שמי הלילה והראה שהן מציגות חרדת נדידה (באנגלית: ) ופונות דרומה, הכיוון אליו היו עפות. בהמשך הניסוי תמונת השמים בפלנטריום החלה להסתובב באיטיות, הכוכבים נעו ואיתם הציפורים ששמרו על מפנה דרומי ביחס לתמונה שראו. לוקלי טען שעל מנת לנווט באמצעות גרמי השמיים לציפורים צריכה להיות היכולת לזהות קבוצות כוכבים והן שעון פנימי מדויק.
בשנת 2003 בסדרת מחקרים התגלה לראשונה שימוש של בעלי חיים בדפוסי הקיטוב של אור הירח על מנת לנווט במין אפריקאי של זבלית (חיפושית זבל). מחקר נוסף בחיפושיות זבל מ-2013 הראה כי הן יכולות לנווט גם כששביל החלב או מקבצי כוכבים בהירים הם מקור האור היחיד, ונכון להיום הן החרקים היחידים שהראו לגביהם שהם שמסוגלים לנווט ולהתמצא באמצעות גרמי שמיים מחוץ למערכת השמש, כמו כוכבי הגלקסיה.
אור מקוטב.
ישנם בעלי חיים אשר חוש הראיה שלהם מאפשר להם לקלוט את קיטוב האור, תכונה המאפיינת גלי אור שהעין האנושית לא מסוגלת לקלוט. חישת הקיטוב מתרחשת בפוטורצפטורים ייעודיים ומאפשרים לבעל החיים להשתמש בדפוסי הקיטוב אשר נוצרים בשמיים כתוצאה מהתפזרות גלי האור ככלי עזר לניווט, וכן לזהות את מיקום השמש במזג אוויר מעונן או אחרי השקיעה.
מחקר שנעשה בדבורה הלילית Megalopta genalis ממשפחת ההליקטיתיים זיהה בעיניהן פוטורצפטורים הרגישים במיוחד לקיטוב אור המתרחש בשעות הדמדומים, הזמן ביממה בו הדבורים יוצאות לחפש מזון. חוקרים הראו כי הדבורים יוצאות לנווט רק כאשר הדמדומים מתחילים בבוקר ואף פעם לא לפני כן, ובערב הן חוזרות לפחות 25 דקות לפני סוף הדמדומים. לטענת החוקרים קורלציה זו מצביעה על חשיבות קיטוב האור ביכולת הניווט של הדבורים.
קרל פון פריש הראה בעבודותיו כי דבורת הדבש, הרגישה לקיטוב אור, מסוגלת לזהות באופן מדויק את הכיוון והמרחק בין הכוורת ומקור מזון. דבורה פועלת חוזרת לכוורת ומאותת לפועלות האחרות את הכיוון והמרחק של מקור המזון באמצעות מחול הדבורה. המחול מתרחש על חלות הדברים האנכיות בכוורת וכולל את שלב הריקוד הפתלתל, המלווה בפנייה לימין על מנת לחזור לנקודת ההתחלה (שלב החזרה), שוב ריצה פתלתלה המסתיימת בפנייה במעגל לשמאל, וכך הלאה תוך החלפה קבועה בין פניות לימין לפניות לשמאל לאחר שלב הריקוד הפתלתל. קיים מתאם מקורב בין הכיוון ומשך הזמן של הריקוד הפתלתל לבין הכיוון והמרחק של קבוצת הפרחים אליה מנסה הדבורה לכוון את הדבורים האחרות. המרחק בין הכוורת לבין המטרה מיוצג על ידי משך הזמן של הריקוד הפתלתל. ככל שהמטרה רחוקה יותר, כך נמשך שלב הריקוד הפתלתל יותר זמן, בקצב של כ-75 מילישניות ל-100 מטרים.
הדבורים שצופות במחול יכולות להגיע למקור המזון על פי הכיוון והמרחק שתוארו, אולם ביולוגים אחרים ערערו על טענתו של פון פריש וטענו כי המחול מעודד את הדבורים האחרות לצאת ולתור אחר מזון ולא מספק נתונים כיוון ומרחק. המחקר הראה כי הדבורים מסוגלות לזכור מיקום של מקור מזון בו ביקרו בעבר ולנווט אליו באופן מדויק הן במזג אוויר בהיר, בו ייתכן ונעשה שימוש במצפן שמש או בניווט משואה, והן במזג אוויר מעונן בו ניתן לעשות שימוש בקיטוב האור כדי לנווט.
חישה מגנטית.
חישה מגנטית היא החוש המאפשר לאורגניזם לחוש שדה מגנטי ובפרט את השדה המגנטי של כדור הארץ. באמצעי זה משתמשים בעלי חיים רבים כדי לנווט ולמקם את עצמם במרחב, ביניהם: תולעים, רכיכות, פרוקי-רגליים, דגים, דו-חיים, זוחלים עופות ויונקים.
ריח.
אחת ההיפותזות שהוצעו על מנת להסביר את יכולת הניווט של יונת הדואר היא ניווט באמצעות ריח. על פי מודל הפסיפס של פאפי, יונים זוכרות מפה של ריחות ברדיוס של 70–100 קילומטר וכך מזהות את מיקומן באמצעות חוש הריח. לעומתו מודל הגרדיאנט של וולראף טוען כי קיים גרדיאנט או מפל ריכוזים של ריחות באטמוספירה הנשאר יציב לאורך תקופות זמן ממושכות. על פי המודל, אם ישנם שניים או יותר ריחות בעלי גרדיאנטים בכיוונים שונים היונים יכולות למקם עצמן במרחב באמצעות ניתוח עוצמת הריח באותה נקודה. לא ברור אם גרדיאנט ריחות יציב קיים, ומטאורולוגים אף דחו את המודל של וולראף, אם כי לאחרונה, כמה מחקרים חדשים תומכים בקיום גרדיאנטים כאלה. פאפי מצא עדויות כי יונים תתרניות מתקשות בניווט והתמצאות לעומת יונים רגילות והסיק כי לחוש הריח תפקיד ביכולת הניווט שלהם, אולם מנגנון השימוש באותות הריח עדיין לא ברור.
לוקלי הראה במחקרו כי מיני דגים מסוגלים לזהות באופן מדויק הבדל בין מימי נהרות שונים. ייתכן כי ליכולת זו תפקיד חשוב בדגי אלתית אשר נודדים לאותו הנהר בו בקעו כדי להתרבות. ההסבר שהוצע הוא שדגי האלתית עושים שימוש בחישה מגנטית לנווט לקרבת הנהר ולאחר מכן עושים שימוש בחוש הריח על מנת לזהות את האפיק באופן מדויק.
קולטני כבידה.
מחקרים שנעשו ביונת הדואר הראו כי אנומליות בכח הכבידה משבשות את יכולתן של היונים לנווט. תיאורית "וקטור הכבידה" שהחוקרים מציעים גורסת כי היונים זוכרות את וקטור הכבידה בביתן ויכולות להסיק את המרחק והכיוון שעליהן לנוע בו על ידי חישוב ההפרש לעומת וקטור הכבידה המקומי בנקודה בה שוחררו.
אקולוקציה.
יונקים ימיים כמו דולפינים, מינים רבים של עטלפים וכן שני מיני ציפורים החיות במערות מסוגלים להשתמש באקולוקציה, איכון של הדים, על ידי הפקת צלילים והאזנה להדים החוזרים מאובייקטים בקרבתם. יכולת זו משמשת את בעלי החיים השונים על מנת להתמצא במרחב, לנווט וכן לאתר טרף.
סימון דרך פעיל.
יערון קטן, בעל חיים מסדרת המכרסמים וממשפחת העכבריים, הוא המין הראשון מלבד בני אדם אשר נצפה הן בטבע והן במעבדה מסמן את דרכו באמצעות חפצים באופן פעיל. החוקרים ראו שבעת שהיערון הקטן חוקר את סביבתו הוא מפזר ענפים ועלים בולטים ויזואלית כסימני דרך המסייעים לו בהתמצאות, ולאחר שסיים לחקור נקודה מסוימת הוא מסיר את הסימון אשר הניח לידה. הסבר אפשרי שהוצע על ידי החוקרים הוא שהיערון בוחר לשים חפצים בולטים ב-"נקודות עניין" אותן ירצה לחקור בהמשך אם יגיע טורף או פרט אחר שיפריע לו.
נוירוביולוגיה של ניווט.
תאי מיקום.
(באנגלית: place cells) הם תאי עצב בהיפוקמפוס שנמצאו במיני מכרסמים, עטלפים, קופים ובבני אדם. תא מיקום פעיל כאשר בעל החיים נמצא באזור מסוים בסביבתו, המכונה השדה המרחבי של התא, ואינו פעיל כאשר הוא נמצא באזורים אחרים. מחקר בחולדות הראה כי כשהחולדה חוקרת סביבה חדשה תאי מיקום הופכים פעילים בהדרגה, ולאחר מכן הצימוד בין תא ואזור נותר קבוע במשך שבועות ואף חודשים. חוקרים הציעו היפותזה לפיה תאי המיקום מחזיקים בייצוג עצבי של המרחב הסביבתי ובאופן מצרפי מהווים בסיס עצבי פוטנציאלי למפה הקוגניטיבית במוחו של בעל החיים.
תאי כיוון ראש.
(באנגלית: Head direction cells) הם תאי עצב הממוקמים במספר אזורים במוח שנמצאו במיני מכרסמים, עטלפים וקופים אולם ייתכן ומשותפים לכל היונקים ואולי קיימים בכל החולייתנים ובכמה מינים של חסרי חוליות. תאים אלו פעילים רק כאשר בעל החיים מפנה את ראשו בכיוון מסוים, ומפסיקים את פעילותם כאשר מפנה אותו לכיוון אחר. פעילות זו אינה תלויה במיקום מסוים, והתאים יהיו פעילים בהתאם לכיוון הראש גם אם בעל החיים יעבור לסביבה שונה או נטולת אותות ויזואליים. בניגוד לתאי מיקום, תאי כיוון ראש ימשיכו לתפקד גם כאשר ההיפוקמפוס נפגע משום שהם מסתמכים על מערכת שיווי המשקל.
תאי רשת.