A segunda viagem de James Cook, de 1772 a 1775, encomendada pelo governo britânico com conselho da Royal Society, foi projetada para circunavegar o globo o mais ao sul possível para finalmente determinar se havia alguma grande massa de terra do sul, ou Terra Australis. Em sua primeira viagem, Cook havia demonstrado circunavegando a Nova Zelândia que não estava ligada a uma massa de terra maior ao sul, e ele mapeou quase toda a costa leste da Austrália, mas acreditava-se que a Terra Australis ficava mais ao sul. Alexander Dalrymple e outros da Royal Society ainda acreditavam que esse enorme continente meridional deveria existir. Após um atraso causado pelas exigências irracionais do botânico Joseph Banks, os navios Resolution e Adventure foram preparados para a viagem e zarparam para a Antártida em julho de 1772. Circle, que ela fez mais duas vezes nesta viagem. A última travessia, em 3 de fevereiro de 1774, seria a penetração mais ao sul, atingindo a latitude 71°10′ Sul na longitude 106°54′ Oeste. Cook realizou uma série de vastas varreduras pelo Pacífico, finalmente provando que não havia Terra Australis em latitudes temperadas navegando sobre a maioria de seus locais previstos.

Durante a viagem, ele visitou a Ilha de Páscoa, Marquesas, Taiti, Ilhas da Sociedade, Niue, Ilhas Tonga, Novas Hébridas, Nova Caledônia, Ilha Norfolk, Ilha Palmerston, Ilhas Sandwich do Sul e Geórgia do Sul, muitas das quais ele nomeou no processo. Cook provou que a Terra Australis Incognita era um mito e previu que uma terra antártica seria encontrada além da barreira de gelo.

Nesta viagem, o cronômetro Larcum Kendall K1 foi empregado com sucesso por William Wales para calcular a longitude. Wales compilou um livro de registro da viagem, registrando locais e condições, o uso e teste de vários instrumentos, além de fazer muitas observações das pessoas e lugares encontrados na viagem.