Среди многих загадок перелетов птиц, пожалуй, наиболее сложны те, которые связаны с навигацией и ориентацией. Часть из них удалось выяснить, другие все еще остаются нерешенными. Вероятно, разные виды перелетных птиц пользуются разными способами ориентации. Эти способы могут быть различными даже у одного и того же вида в зависимости от конкретной ситуации, определяемой погодой.
Одни виды птиц совершают перелеты днем, другие — ночью. В обоих случаях способность пернатых к навигации и ориентации отработана до совершенства в результате естественного отбора на протяжении миллионов лет. Это, в сущности, единственно достоверное, что можно сказать по данной теме. Ведь до сих пор остается неизвестным, какие ощущения и механизмы помогают птицам, когда они впервые без помощи родителей мигрируют за тысячи километров к определенным для каждого вида местам зимовок. В отдельных случаях им требуется достичь небольшого островка в Тихом океане, т. е. проявить способность к фантастически точной ориентации.
Исследования навигации и ориентации во время перелетов птиц большей частью проводились на экспериментальном уровне; это пополнило опыт полевых наблюдений за птицами и работы по кольцеванию.