候鸟能不远万里，每年一次的往返于两地，如燕子，每年秋天要跨洋过海去南洋避寒，春天又重返故土。有些候鸟识别方向的能力更是惊人，如极燕鸥（一种体长35厘米左右的中型鸟类），要完成从北极到南极的约17000公里的飞行、中间有很大距离是茫茫的大洋。又如从阿拉斯加向夏威夷群岛迁徙的鹬类，在海洋上空要飞行3000公里以上的路程。还有一种类似鹬类的小鸟，它们在日本营巢，而在澳洲东部越冬，在大洋上空要飞行5000公里，并且有很大旅程是夜间飞行的，但它们并未迷失方向。那么候鸟何以能千里迢迢识归途的呢？
一种是按地貌特征定向的，对鸟类迁徙途经的研究表明，飞行的鸟类能够利用地貌特征，如河流、山脉、海岸、湖泊、岛屿和森林等，作为“方向标”。鸟类以其特别发达的“视觉分析器”，视地形的凹凸特征来选择飞行方向，完成定向迁徙。
还有以磁感应定向。早在1885年俄国科学家就提出一个所谓“磁性理论”或“地球磁性作用假说”，试图解释鸟类的定向机制。他假定鸟类具有特殊的“磁感应”，这种感应能力使鸟类能循着磁子午线方向飞行。美国物理学家耶格里，把铁片固定在鸟的翅膀上，以便干扰所假想的“磁感应”，结果认为，有些鸟类是由于有磁感应能力而确定飞行方向的。
另外，有些候鸟则是白天以太阳，晚上以星宿位置来导航的。如莺类是进行夜间迁徙的鸟类，把它在有星星的天空映象之天象馆里放出后，莺类很快便选择了“既定”的飞行方向。星位排列的改变，会把它们引入迷途。
现代航空技术的发展，发明了许多复杂的航天仪表，其中有种叫“极化天文罗盘”的仪表，甚至在太阳离开地平线之后，也能根据太阳而自动地测定飞机航向，这是借助于接收太阳偏振光的特殊光电管完成的，于是有人推想，是否鸟类视觉器官也具有接收偏振光的能力。纽约州立大学的艾布尔教授做实验，证实了这个假说：在黄昏时监测具有迁徙定向候鸟的齐足跳动的情况，他把每10只为一组的两组白喉雀放在一个圆形笼子里，并在吸墨水纸上，把这些鸟的齐足跳动记录为墨水足印。他让鸟能够看见天空，但地面上任何物体都是不可见的，所有笼子上都安装一个线性二色性选光镜，以便使光偏振。他让这两组鸟受到同一颜色和同一光强度图象的影响，唯一差别是对偏振作90度改变。这两组鸟由于偏振光波90度的差别而出现相互成直角的齐足跳动。因此证明白喉雀是靠偏振光来定向的。
还有一个重要问题，就是候鸟为什么要每年作长距离迁徙呢？据鸟类专家分析，其主要原因有三个：
历史因素：在第四纪冰川时代，地球上气候转冷了。在北半球，冰川向南方推进，特别是在冬季，气候非常寒冷，所有的昆虫和植物都被冻死了，鸟类无法找到食物和生存条件，被迫远离故土，迁向温暖的南方。到夏天，冰消雪融，许多鸟类仍“留恋”故乡，因而又飞回北方，这样长期迁徙便成为候鸟周期性迁徙的习性。
环境条件：鸟类的迁徙，还受到各种环境条件变化的影响。每当冬季，繁殖地区气温下降，日照缩短，食物减少，对鸟类生活带来不利时，它们就结伴飞往温暖的南方去越冬。但是越冬地区不适于营巢、育雏，于是到翌年春天，它们又迁回故乡繁殖，如燕、雁、野鸭等都是这样。
生理刺激：一些鸟类的迁徙，在很大程度上与鸟类体内分泌腺的活动有关。在春天，由于外界环境条件（如光照、温度）的影响，引起体内分泌腺（如脑垂体、生殖腺等）的活动，分泌出激素，刺激鸟体的有关部分，使鸟类产生了传种的要求，于是它们就北迁进行繁殖。加拿大的洛文教授，曾花费20多年工夫证明了这一点。1924年秋，他把一种乌鸦似的候鸟在秋天南回时，网罗了若干只。把一部分鸦放在寻常环境里，这时冬季将临，昼长一天天变短，而把另一部分鸦用日光灯来延长昼长，人为地把白昼一天天地延长。到了12月间，前一部分的鸦类很安静，而后一部分的鸦类，都大有春意，不但歌唱起来，而且内部生殖腺都发展到春天模样。这时把它们放出来，凡是经过日光灯照过的统向西北飞去，好象春天候鸟一样，虽然这时气温在零下20度。而未经日光灯照射过的则大部分留在原地。上述事实也说明，引起鸟类迁徙的外因和内因，是有着密切联系和相互影响的。