1500年，葡萄牙人考特雷尔兄弟，沿欧洲西海岸往北一直航行到了纽芬兰岛。第二年，他们继续往北，希望寻找那条通往中国之路，但却一去不复返，成了为“西北航线”而捐躯的第一批探索者。
从1594年起，荷兰人巴伦支开始了他的3次北极航行。1596年，他不仅发现了斯匹次卑尔根岛，而且到达了北纬79o49′的地方，创造了人类北进的新记录，并成了第一批在北极越冬的欧洲人。1597年6月20日，年仅37岁的巴伦支由于饥寒劳顿而病死在一块漂浮的冰块上。
1610年，受雇于商业探险公司的英国人哈德孙驾驶着他的航船“发现”号向西北航道发起冲击，他们到达了后来以哈德孙的名字命名的海湾。不幸的是，22名探险队员中有9人被冻死，5人被爱斯基摩人所杀，1人病死，最后只有7人活着回到了英格兰。
1616年春天，巴芬指挥着小小的“发现”号再一次往北进发，这是这条小船第15次进入西北未知的水域，发现了开阔的巴芬湾。
1725年1月，彼得大帝任命丹麦人白令为俄国考察队长，去完成“确定亚洲和美洲大陆是否连在一起”这一艰巨任务。白令和他的25名队员离开彼得堡，自西向东横穿俄罗斯，旅行了 0多千米后，到达太平洋海岸，然后，他们从那里登船出征，向西北方向航行。在此后的17年中，白令前后完成了两次极其艰难的探险航行。在第一次航行中，他绘制了堪察加半岛的海图，并且顺利地通过了阿拉斯加和西伯利亚之间的航道，也就是现在的白令海峡。在1739年开始的第二次航行中，他到达了北美洲的西海岸，发现了阿留申群岛和阿拉斯加。正是由于他的发现，使得俄国对阿拉斯加的领土要求得到了承认。但是，前后共有100多人在这两次探险中死去，其中也包括白令自己。
1819年，英国人帕瑞船长坚持冲入冬季冰封的北极海域，差一点就打通了西北航道。他们虽然失败了，但却发现了一个极其重要的事实，即北极冰盖原来是在不停地移动着的。他们在浮冰上行进了61天，吃尽千辛万苦，步行了1600千米，而实际上却只向前移动了270千米。这是因为，冰盖移动的方向与他们前进的方向正好相反，当他们往北行进时，冰层却载着他们向南漂去。结果，他们只到达了北纬82°45′的地方。
1831年6月1日，著名的英国探险家约翰.罗斯和詹姆斯.罗斯发现了北磁极。
1845年5月19日，大英帝国海军部又派出富有经验的北极探险家约翰.富兰克林开始第三次北极航行。全队129人在3年多的艰苦行程中陆续死于寒冷、饥饿和疾病。这次无一生还的探险行动是北极探险史上最大的悲剧，而富兰克林爵士的英勇行为和献身精神却使后人无比钦佩。
1878年，芬兰籍的瑞典海军上尉路易斯.潘朗德尔率领一个由俄罗斯、丹麦和意大利海军人员组成的共30人的国际性探险队，乘“维加”号等4艘探险船首次打通了东北航线。
1905年，后来征服南极点的挪威探险家罗阿尔德.阿蒙森成功地打通了西北航线。他们的成功为寻找北极东方之路的努力画上了一个完满的句号。
然而，这些以极其沉重的代价换来的成功，并没有给人类带来多少喜悦。因为穿越北冰洋的航行实在太艰难了，所以毫无商业价值可言。这一持续了大约400年的打通东北航线和西北航线的探险活动，我们可称之为北极航线时期。
这一个时期，可以称为自发的地域发现时期。