Ptaki migrują od milionów lat. Główne szlaki ich przelotów istnieją już zapewne od bardzo dawna. Ulegały skróceniu bądź zmianom w okresach globalnych zlodowaceń, jednak po ustąpieniu lądolodów na ogół były odtwarzane. Co ciekawe, szlaki te są tak stare i trwałe, że wpływu na nie nie ma nawet dryf kontynentów. Otóż, wydaje się, że większość azjatyckich ptaków dlatego nadal zimuje w Afryce, ponieważ instynkt „nie podpowiedział” im, że w wyniku przesuwania się płyt kontynentalnych znacznie bliżej mają teraz inne korzystne miejsce zimowania – Indie.

Rybitwa popielata jest rekordzistką Europy pod względem czasu i odległości przelotu. Od wybrzeży Morza Północnego, wzdłuż zachodnich wybrzeży Europy i Afryki dociera do Antarktydy, a następnie leci wzdłuż jej linii brzegowej, gniazdując tam podczas arktycznego lata. Ptaki te wracają do Europy dopiero po trzech latach, pokonując ok. 30 tys. km.

Żyjąca w Polsce rybitwa rzeczna przelatuje dystans trzykrotnie mniejszy, ok. 10 tys. km, docierając do południowego krańca Afryki i zawracając stamtąd do Polski, gdzie pojawia się ponownie w maju.

Niektóre gatunki, mniej „lotne”, mają trudności z dotarciem do cieplejszych krajów. Na przykład przepiórki – nie najlepsi lotnicy – osiągają brzeg Afryki tak wyczerpane, że lądują bezpośrednio na plaży i pieszo uciekają w zarośla. Dlatego od dawien dawna były łatwym łupem dla polujących tam ludzi. Masowo odławiane, zyskały sobie reputację ptaków, które do ciepłych krajów docierają… na piechotę.

Niektóre gatunki ptaków pokonują tysiące kilometrów i bezbłędnie dolatują do celu. Amerykańska siewka złotawa podczas jednego przelotu pokonuje 4,5 tys. km, od Alaski do Hawajów. Duże ptaki morskie, takie jak albatrosy czy fregaty, mają podobne zdolności, przelatując tysiące kilometrów między wyspami oceanicznymi. Fenomenem jest też nasza rodzima kukułka, która samotnie dociera na zimowisko w Afryce.

Kierunek i potrzeba migracji są niezwykle mocno utrwalone w instynkcie ptaków. Nawet ptaki migrujące trzymane w klatkach w pewnym momencie zaczynają odczuwać tzw. niepokój migracyjny. Prawdopodobnie jest to skutek zmian hormonalnych sterowanych przez przysadkę mózgową, zachodzących wskutek zmian długości dnia. Oprócz tego zegara długoterminowego istnieje również zegar okołodobowy, który pozwala korygować kąt między kierunkiem lotu a zmieniającą się pozycją słońca na niebie w ciągu dnia. Uważa się, że tak zwany grzebień szczególny, znajdujący się w oku ptaka, rzuca cień o określonej długości na siatkówkę, ustalając w ten sposób pozycję ptaka względem Słońca.

Badania nad nawigacją wykorzystującą ziemskie pole magnetyczne przyniosły niejednoznaczne wyniki. Naukowcy próbowali zmylić ptaki, zawieszając im magnesy przy głowach. Niektóre gatunki nadal nawigowały w tej sytuacji prawidłowo, inne, jak rudziki, po pewnym czasie wybierały kierunek „zasugerowany” przez magnes. Eksperymenty te przyniosły jednak pewien rezultat. Odkryto, jak się wydaje, prawdopodobne miejsce, gdzie znajduje się receptor pola magnetycznego – nad nozdrzami ptaka znaleziono kryształy magnetytu, dzięki którym, być może, ptak jest w stanie „poczuć” pole magnetyczne Ziemi. Odnotowano również odkrycie specyficznej reakcji chemicznej zależnej od słabego pola magnetycznego, której ulega receptor niebieskiej składowej światła widzialnego, znajdujący się w nerwie wzrokowym ptaka. Od pewnego czasu wiadomo, że odpowiada on za regulację rytmu dobowego zwierząt. Sugeruje to, że ptaki mogłyby nie tylko czuć, ale i widzieć ziemskie pole magnetyczne.

Duża liczba ptaków przelatujących nad tym samym obszarem w krótkim czasie stwarza pewien kłopot – dla wszystkich może nie wystarczyć pokarmu. Ptaki migrujące rozwiązały ten problem w prosty sposób – podczas migracji jedzą mniej. Energia potrzebna do lotu jest magazynowana w postaci tłuszczu jeszcze przed lotem. Rezerwy te mogą być bardzo duże: od około 10 proc. normalnej masy ciała u większości ptaków do ponad 40 proc. u kolibrów, a nawet do 100 proc. u pokrzewek.

Wiele gatunków uzupełnia swoje rezerwy za każdym razem na tych samych obszarach bogatych w składniki odżywcze. W celu zmniejszenia masy ciała gotowych do migracji ptaków u pewnych gatunków dochodzi do częściowego zaniku niektórych narządów wewnętrznych, takich jak wątroba czy nerki. Naukowcy obliczyli, że rezerwa energii zmagazynowanej w tkance tłuszczowej wystarczy na długotrwały lot. Jeden z gatunków kolibra zużywa 0,13 g tłuszczu na godzinę szybkiego lotu. Podczas 10-godzinnego nocnego lotu pokonuje on około 800 km i zużywa 1,3 g tłuszczu. A ponieważ przed podróżą gromadzi średnio 2 g tłuszczu, energii mu nie zabraknie. Aby osiągnąć cel, ptaki potrzebują czegoś więcej niż sama wytrzymałość. Muszą polegać na doskonałej nawigacji. Jej sekretów nadal nie odkryliśmy. Jak znajdują drogę? Dlaczego zawsze wracają w to samo miejsce? Odpowiedzi na te pytania wciąż są odległe jak ptasie zimowiska.