Sau này, nhà thám hiểm người Bồ Đào Nha Ferdinand Magellan đã dẫn đầu chuyến thám hiểm vòng quanh thế giới bằng thuyền của người Tây Ban Nha khởi hành vào năm 1519. Magellan gọi đại dương này là Pacífico (yên bình), lý do bởi đoàn thám hiểm thấy đây là nơi có thời tiết đẹp sau khi họ từng trải qua những vùng biển giông tố gần Cape Horn. Để vinh danh Magellan, tên gọi Biển Magellan thường được sử dụng để chỉ đại dương này cho tới thế kỷ thứ XVIII. Sau sự kiện Magellan thiệt mạng tại Philippines năm 1521, nhà thám hiểm người Tây Ban Nha Juan Sebastián Elcano đã dẫn đầu đoàn di chuyển vượt Ấn Độ Dương và Mũi Hảo Vọng quay trở về quê hương, qua đó hoàn thành chuyến hành trình vòng quanh thế giới lần đầu tiên vào năm 1522. Trong giai đoạn 1525–1527, quần đảo Caroline và Papua New Guinea được khám phá sau các chuyến thám hiểm đường biển của người Bồ Đào Nha vòng quanh và phía đông quần đảo Maluku. Những người Bồ Đào Nha cũng đã đến Nhật Bản vào các năm 1542–43.Năm 1564, Miguel López de Legazpi dẫn đầu một chuyến hành trình bao gồm năm con tàu Tây Ban Nha chở 379 nhà thám hiểm vượt đại dương từ Mexico đến Philippines và quần đảo Mariana. Trong giai đoạn còn lại của thế kỷ XVI, vai trò của người Tây Ban Nha là tối quan trọng, với những chuyến tàu khởi hành từ Mexico và Peru vượt Thái Bình Dương, qua Guam đến Philippines, hình thành nên Đông Ấn Tây Ban Nha. Trong vòng hai thế kỷ rưỡi, những chiếc thuyền buồm Manila đã kết nối Manila và Acapulco qua một trong những tuyến đường giao thương dài nhất lịch sử. Bên cạnh đó, các cuộc thám hiểm của người Tây Ban Nha còn khám phá ra các quần đảo ở Nam Thái Bình Dương như Tuvalu, quần đảo Marquises, quần đảo Cook, quần đảo Solomon, và quần đảo Admiralty.Sau này, trong công cuộc tìm kiếm Terra Australis (vùng đất [lớn] phía nam), những nhà thám hiểm người Tây Ban Nha thế kỷ XVII đã khám phá ra quần đảo Pitcairn và Vanuatu; và họ đã chèo thuyền qua eo biển Torres nằm giữa Australia và New Guinea. Các nhà thám hiểm Hà Lan cũng tham gia vào hoạt động thương mại và khám phá; vào năm 1942 Abel Janszoon Tasman phát hiện ra Tasmania và New Zealand.Trong hai thế kỷ XVI và XVII người Tây Ban Nha đã nhận định Thái Bình Dương là một Mare clausum (nghĩa đen: biển kín), với chỉ duy nhất một lối vào từ Đại Tây Dương được biết đến đó là eo biển Magellan. Thời điểm đó eo biển này đặt dưới sự tuần tra của các hạm đội được cử đến để ngăn chặn sự xâm nhập của các con tàu không phải Tây Ban Nha. Ở Tây Thái Bình Dương, người Hà Lan đe dọa đến Philippines khi đó đang là thuộc địa của Tây Ban Nha.Giai đoạn thế kỷ XVIII đánh dấu sự khởi đầu các chuyến thám hiểm lớn của người Nga ở Alaska và quần đảo Aleutian. Tây Ban Nha cũng cử các đoàn thám hiểm đến Tây Bắc Thái Bình Dương thuộc Bắc Mỹ và họ đã tới được đảo Vancouver thuộc miền Nam Canada cũng như Alaska. Người Pháp khai phá và định cư ở Polynesia, còn người Anh thì thực hiện ba chuyến du hành với sự tham gia của James Cook đến Nam Thái Bình Dương, Australia, Hawaii, và Tây Bắc Thái Bình Dương thuộc Bắc Mỹ. Vào năm 1768, nhà thiên văn học trẻ Pierre-Antoine Véron đã cùng với Louis Antoine de Bougainville thực hiện một chuyến hành trình khám phá, qua đó lần đầu tiên trong lịch sử thiết lập được bề rộng của Thái Bình Dương một cách chính xác. Cuộc thám hiểm Malaspina là một trong những chuyến hành trình khám phá khoa học đầu tiên do người Tây Ban Nha thực hiện từ 1789 đến 1794. Họ đã đi qua hầu khắp Thái Bình Dương, từ Cape Horn tới Alaska, Guam, Philippines, New Zealand, Australia, và Nam Thái Bình Dương.