迁徙最显著的特点是每一物种均有其固定的繁殖区和越冬区。为此，迁徙的鸟类必须知道它们所在的位置，所要飞往的地区和前往目的地的方向和路线，也就是说，鸟类在迁徙过程中必须具有定向导航的能力。
鸟类不仅具有定向导航的能力，而且是相当发达的。实验证明，许多鸟类(例如家燕、企鹤）次年春天可返回原巢繁殖。即使用飞机将迁徙鸟类运至远离迁徙路线的地区内，释放数天后，仍可返回原栖地。因此人们对于鸟类定向导航的现象，早就有所了解。
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对于鸟类导航定向机制的研究，直到20世纪50年代才开始。通过实验，人们相继提出了许多解释鸟类定向机制的理论，主要有如下几种看法：
认为鸟类具有一种固有的由遗传所决定的方向感。这种方向感，随着幼鸟跟随亲鸟迁徙，不断地加强对迁徙路线的记忆。
依靠居留和迁徙途径的地形和景观如山脉、海岸、河流、森林和荒漠等作为标记，并不断地随老鸟学会传统的迁徙路线。例如将憨鲣鸟人为地运往300余千米以外的地方放飞。这些鸟首先要经过努力找到其所熟悉的大西洋海岸线，而后迅速地飞回其原栖息地。虽然陆地特征对于夜间迁徙的鸟类可能并不十分重要，但仍有一些鸟类能根据陆地标志来确定位置和调整飞行的方向。
鸟类能利用太阳和星辰的位置定向。星辰对于夜间迁徙的鸟类尤为重要。关于太阳定位的实验，克莱默对紫翅掠鸟的研究为这一看法提供了证据。他把具有迁徙习性的掠鸟，放在四面有窗的笼内，用激素处理使其进
入迁徙状态，则可见掠鸟朝着一定方向（即其迁徙方向）扇翼，而且扇翼的行为在阴天不出现。当用一面镜子代换太阳的方位时，其扇翼方向可按人所预定的方向变更。因此，他认为掠鸟迁徙是根据太阳的位置来定的。对于企鹅、伯劳的研究工作也都说明太阳定向机制是存在的。关于星辰定向，是由索尔首次在圆形笼内对欧洲苇莺进行实验得出的。证明这些鸟能根据夜空中的星辰的位置定向。此后又做了大量的研究实验，而且用改变人造星辰位置的方法，也可以像上述实验一样，使鸟类按预定的方向改变其迁飞方向。现在已知能够利用星辰定向的鸟类还有白喉雀等。
是鸟类通过感应地球磁场极性的方法进行定向的一种方式。很早以前，人们就推测在鸟类迁徙过程中的导航定向可能与磁场有着某种联系。近年来的实验巳证实了地磁场定向机制的存在。当给信鸽的头上加上一块具有特定极性的人工磁铁后，它的飞行不能进行正确的定向，不加磁场的信鸽即使在阴天也能正常返巢。此外，鸟类迁徙还可以借助于风定向、嗔定向等。
总之，鸟类的迁徙是一种十分壮观而奇妙的行为。迁徙过程中的定向导航机制或许是整个鸟类学中最复杂的一个问题。对于迁徙行为和定向机制的研究尽管已取得了很大进展，但要解开候鸟迁徙的谜，还需做许多更加深入的研究工作。
直到目前,鸟类学家所提出的所有解释都还是一些假说而巳。有的人从地球历史来考虑鸟类迁徙的起源问题，认为鸟类的迁徙习性起源于冰川时期。而冰川周期性的侵蚀和退却，使鸟类极易形成与之相适应的定期性往返的迁徙生物遗传本能，于是便世代相传，形成习性。但此学说存在着一定的缺陷，它并不能解释为什么有的鸟类不迁徙，并且冰川期仅占鸟类生存历史的1%，如此短暂的时间，对鸟类遗传性的影响是有一定限度的；同时，也排除不了在冰川期以前鸟类即已开始迁徙的事实。
有的人认为迁徙是由于生活条件的改变而引起的。南迁越冬，是由于北方冬日食物减少，夏日北迁，是由于北方纬度高，日照长，这对于寻食、育雏有许多好处。对鸟类生理学的研究表明，鸟类生理的变化对迁徙有一定的剌激。秋季迁移前，鸟类积累了厚厚的一层脂肪。春季，由于日照渐长，可通过视觉神经系统而作用于鸟类的脑下垂体，转而刺激性腺活动。由于环境温度增高，减少了身体对能量的需要。而日照长，剌激了脑下部的睡眠中枢，引起鸟类处于兴奋状态，夜晚不安，活动加强，取食频率增加，容易积累脂肪，保证了鸟类迁飞时所需要的物质储备，而且提高了对外界剌激的敏感性，容易引起迁徙。
对于鸟类导航定向的现象，科学家相继提出了许多解释鸟类定向机制的理论，但并没有单独的一个理论可以说明所有迁徙的事实。其理论大致可分成两大类，即视觉定向假说和非视觉定向假说。
鸟类可以通过视觉器官获得的信息进行定向。视觉信息主要包括日月星辰的位置和陆地标志。
在北半球，太阳白天是从右向左“运动”。在这些地区进行旅行的任何人要想依靠太阳辨明方向，都必须准确无误地掌握时间，还必须进行必要的时差换算。令人惊讶的是，一些动物也有这种非凡的本领。生物学家瓦利亚姆·基吐纳曾在书中写道：“鸽子在飞行中能够准确无误地确定自己的方向和路线，因为它能选择一个与太阳间的固定角度，同时能够在飞行中1小时调整15次角度，即太阳白天位置变化的次数。简而言之，鸟儿能够最准确地感觉到时间,它们是通过身体中像钟表似的感觉器官在天空飞行中计算太阳位置的。”
20世纪50年代末，德国费赖堡大学鸟类学家萨维尔曾发现，部分鸟类有一种承袭的天性-能够辨别夜空中的星图。萨维尔进行了一次有趣的实验，他在一间圆顶型的大厅内仿制天空，用人工的方法布上了许多能活动的星星，作为人造天体，随后放入一只欧洲夜莺。这种鸟每年从斯堪的纳维亚山脉北部飞往非洲南部。与其他鸟不同的是，它们不是跟随着为首的鸟成群结队地南飞，
而是小鸟在前，其他鸟在后。小鸟初次南飞也能够准确地飞抵目的地。这充分表明，欧洲夜莺在迁徙中是依靠自己独特的天性分辨方向的。在这次试验中，萨维尔将欧洲夜莺放入大厅内，随后变化厅内星星的位置，以观察此鸟是否采取捷径南飞。实验表明，这种鸟在变化的天体中不断改变方向，采取了最佳捷径一直向南飞。于是萨维尔得出结论说，欧洲夜莺是凭借自己的天性以观察天空中星星的位置进行迁徙的。但是这种鸟分辨方向的能力或者说天性为什么这样强呢？为什么能在变化的天体中可以观察星星的位置径直南飞呢？它与天体又有什么样的关系？这些问题仍然令萨维尔困惑不解，至今也未能找到正确的答案。
另外，迁徙的鸟类可以根据陆地的某些特征来定向。这些特征包括海岸线、河流、山脉、森林等。
目前已提出风定向、嗅觉定向、听觉定向和地磁定向等几个非视觉定向假说。其中地磁定向是目前公认的较合理的一种机制。
德国已故的伽斯塔屋·克雷莫发现：白天迁徒的鸟类利用太阳的位置定方位。他精心设计了一个奇妙的圆形装置，上面设有六个间隔均匀的窗口，每个窗口都露出一小片天空，在此用欧椋鸟试验时，他发现：这些鸟在它们移栖期间，都朝向它们将要飞行的方向，也就是说，在春去移栖时头朝东北方向，而在秋天朝向西南。后来，他决定用“移动”太阳的方法想发现鸟类是否会受到欺骗。他在鸟筧的窗口外装上可调节的反光镜进行试验。在不同角度上把阳光反射进鸟笼里，而这些鸟根据太阳的新位置迅速地调整了自己的方向。同时发现，阴天时它们的方向也比较混乱。
然而，太阳不会在天空停留在同一位置上，并且不同月份也不一样。那么，鸟类能够考虑这个因素吗？克雷英决定要探索这个奥秘。他建造了一个庞大的圆形鸟览，沿鸟笔内放置了许多小喂料盘。然后，他把一只欧椋鸟关进鸟筧，并且很快教会它按照太阳照射的方向，去寻找一个带有食物的盘子。每天在固定时间做一次这样的动作，当这只欧椋鸟受到彻底训练时，他改变了试验时间，这只欧椋鸟仍按太阳照射的方向去寻找食物。显然，鸟类是能够补偿太阳变换的角度。
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