La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre (ou sur une autre planète).
Tous les points de même longitude appartiennent à une ligne épousant la courbure terrestre, coupant à angle droit l'équateur et reliant le pôle Nord au pôle Sud, cette ligne est appelée méridien. À la différence de la latitude (position nord-sud) qui bénéficie de l'équateur et des pôles comme références, aucune référence naturelle n'existe pour la longitude. La longitude, généralement notée λ, est donc une mesure angulaire sur 360° par rapport à un méridien de référence, avec une étendue de +180° à -180° ou 180° Est à 180° Ouest.
Le parcours d'un point immobile sur "Terre" (ou sur Mer) décrivant un cercle (de 360°), que l'on appelle une parallèle (opposé au méridien), et une journée comportant 24h par définition, on en déduit que la Terre, et donc le point, tourne de 15° par heure. Il suffit donc de connaitre l'heure locale en deux points différents afin de déterminer leur différence de longitude (relative). De cette façon si on pose un des points comme référence, on pourra déduire la longitude (référencée) du second point. Par exemple, si l'heure UTC est l'heure du méridien de Greenwich et si le fuseau horaire local est de trois heures avant UTC, la longitude de l'endroit est d'environ 45° Ouest (3*15°).
Les astronomes britanniques choisirent comme méridien d'origine une ligne nord-sud passant par l'observatoire astronomique royal de Greenwich près de Londres au Royaume-Uni fondé pour l'occasion. Ce méridien est toujours utilisé comme méridien de référence pour le calcul des fuseaux horaires. Son concurrent français, le méridien de Paris, fut définitivement abandonné en 1884.
La mesure de la longitude est fondamentale pour la navigation, elle donne la position Est-Ouest du navire et permet de le situer sur les cartes. La recherche de la meilleure technique pour son calcul fut donc l'une des plus acharnées et importantes du XVIIIe siècle.
Devant le nombre d'accidents maritimes dus à l'absence de méthode suffisamment précise pour déterminer la position est-ouest des navires, le parlement britannique, sous la pression des commerçants et armateurs, vota une loi. Dans cette loi dite Longitude Act de 1714, la Grande-Bretagne offrait un prix de 20 000 livres sterling (plusieurs millions d'euros d'aujourd'hui) à toute personne capable de concevoir un moyen de déterminer la longitude de façon pratique, fiable, en toute circonstance à bord d'un bâtiment en mer.
Les astronomes britanniques étaient persuadés que la solution ne pouvait se trouver que dans l'observation et la connaissance de la mécanique céleste, celle-ci étant d'une grande précision. Tous les astronomes cherchèrent longuement, en se basant sur l'observation de différents astres, des planètes et de leurs satellites, et dressèrent des tables de prévision de position de ces objets célestes. Mais ces méthodes ont toutes le même point faible pour un marin : elles réclament des conditions difficiles à réunir sur les bâtiments en haute mer. Entre les mouvements imprévisibles des bateaux, les conditions atmosphériques idéales rares et une complexité des différentes mesures et calculs, aucune ne satisfaisait donc aux conditions édictées par la commission du Longitude act chargée d'examiner les différents projets et réalisations en compétition pour gagner les 20 000 £.
La plus simple consiste à déterminer la différence entre l'heure (solaire) locale et l'heure (solaire) d'un méridien de référence. Seulement afin d'exécuter ce calcul, il faut connaître l'heure précise du méridien de référence, en plus de connaître l'heure locale exacte.
Les problèmes étaient de deux ordres :
Le défi était donc de réussir à fabriquer une horloge suffisamment précise, dont la période est indépendante du lieu géographique et pouvant supporter les aléas d'un voyage sur toutes les mers du globe.
Celle-ci fut réalisée et même plusieurs fois améliorée, par John Harrison, horloger autodidacte en 1734. Il mit en application des travaux de Christian Huygens et de Robert Hooke sur le ressort spiral, il construisit un nouveau type de mécanisme. Il utilisa des alliages de laiton et d'acier afin de contrôler les dilatations. Son garde temps de marine H4 1755 avait une précision de ±4,5 secondes sur 10 jours. Le prix promis par la loi finit par lui être remis après bien des péripéties en 1773.
Actuellement cette méthode de calcul de la longitude est toujours d'actualité, en absence ou, lors d'une défaillance des systèmes de positionnement électroniques. Les garde-temps (horloges) actuels sont parfaitement fiables.
Depuis quelques décennies le système GPS, associant plusieurs satellites à un récepteur calculateur portatif, permet de connaître instantanément sa position : longitude, latitude et altitude, ainsi que sa vitesse de déplacement.