詹姆斯库克的第二次航行，从 1772 年到 1775 年，受英国政府委托，在皇家学会的建议下，旨在尽可能地向南环游地球，最终确定是否有任何伟大的南部大陆或 Terra Australis。在他的第一次航行中，库克通过环游新西兰证明新西兰并没有与南部更大的陆地相连，他几乎绘制了澳大利亚整个东部海岸线的地图，但据信南极洲位于更南端。亚历山大·达尔林普尔和皇家学会的其他人仍然相信这块巨大的南部大陆应该存在。在植物学家约瑟夫班克斯的无理要求造成延误后，决议号和冒险号船于 1772 年 7 月开始航行并启程前往南极。1773 年 1 月 17 日，决议号成为第一艘在南极以南冒险的船Circle，她在这次航行中又做了两次。最后一次穿越是在 1774 年 2 月 3 日，是最南端的一次穿越，到达南纬 71°10'，西经 106°54'。库克在太平洋上进行了一系列大扫除，最终通过航行在其预测的大部分位置上证明了在温带地区不存在南大地。

在航行过程中，他访问了复活节岛、马克萨斯群岛、大溪地、社会群岛、纽埃、汤加群岛、新赫布里底群岛、新喀里多尼亚、诺福克岛、帕默斯顿岛、南桑威奇群岛和南乔治亚岛，其中许多他在这个过程中命名。库克证明了南大地不为人知是一个神话，并预测在冰障之外会发现一块南极土地。

在这次航行中，William Wales 成功使用 Larcum Kendall K1 天文台来计算经度。威尔士编写了航海日志，记录了地点和条件，各种仪器的使用和测试，以及对航行中遇到的人和地点进行了许多观察。