Prva istraživanja migracije načinio je ornitolog Gustav Kramer sa Max Planck instituta. Dugo se znalo da pjevice koje su inače selice, ako se drže u zarobljeništvu, pokazuju veliku aktivnost tijekom noći u doba proljetne i jesenje migracije. Kramer je stavio ptice u okrugle kaveze i otkrio da ptice spontano orijentiraju aktivnosti u određenom smjeru.

Stephen T. Emlen je 1975. objavio istraživanje u kojem je konstruirao konusne kaveze obložene papirom na čije je dno stavio indigo papir. Ptica je iz kaveza mogla vidjeti samo nebo. Kako je ptica skakutala uz kliski papir, svaki put bi ostavila tragove. Akumulacija tragova predstavljala je reakciju aktivnosti ptice. Tragovi su se poslije mogli prebrojati i statistički analizirati. U prvom razdoblju pokusa ptice su se stavljale vani za zvjezdanog neba. U rujnu i listopadu one su skakale prema smjeru u kojemu bi se kretale da su mogle migrirati. Isto tako u travnju su skakale sjeveroistočno. Za vrijeme oblačnih noći, ptice bi bile dezorijentirane. Nakon toga, ptice su testirane u planetarijumu, te je potvrđeno da se ptice orijentiraju prema zvijezdama.

Pretpostavlja se da prate određenu zvijezdu ili sazviježđe i onda određuju kut pod kojim ju moraju slijediti. No, zvijezde noću «putuju» nebom zbog Zemljine rotacije.

Navigacija se može smatrati dvosupanjskim procesom. Zamislimo da imamo kartu i kompas. Da bi odredili kako doći do neke točke, prvo moramo odrediti svoju poziciju na karti u odnosu na cilj i onda koristiti kompas da bi odabrali željeni pravac. Navigacijski problem ptice može se promatrati na isti način. Teoretski, znanje o pozicijama zvijezda, zajedno sa jakim unutarnjim osjećajem za vrijeme trebalo bi osigurati dovoljno informacija ptici da odredi svoj zemljopisni položaj. Istraživanja su pokazala da ustvari fiziološko stanje ptica utječe na smjer migracije. Pokazalo se da dodavanje hormona stimulira migratorne aktivnosti ptica. No kako mlade ptice odaberu smjer?

Postoje razlike u navigacijskim sposobnostima odraslih i mladih ptica. Odrasle ptice koje se udalje sa migracijske rute mogu pronaći svoje odredište, dok mlade ptice to ne mogu. Prijašnje iskustvo očito utječe na navigacijske sposobnosti.

Orijentaciju ptice uče odmalena iz iskustva promatranja zvijezda. Ptice koje su odrasle u laboratorijskim uvjetima pod umjetnim svjetlom, u planetariju nisu znale odabrati pravilni smjer migracije. Iako jako motivirane, skakanje tih ptica bilo je nasumično.

No ako i znaju smjer, ptice moraju znati i gdje se trenutačno nalaze. Vjeruje se da ptice nisu orijentirane prema isključivom cilju tijekom većeg dijela svog putovanja. Migratorne ptice imaju brojne ključeve za određivanje smjera koje su im dostupne. Osim položaja sunca i zvijezda, tu su pozicije zalaska sunca, smjera vjetrova, Zemljinog magnetskog polja, topografske oznake, aktivnosti i glasanje drugih ptica iste vrste koji služe kao izvor informacija, koji im omogućuju da odaberu odnosno zadrže smjer.