Le second voyage du capitaine Cook, qui se déroule entre 1772 et 1775, est essentiellement une recherche de l'hypothétique Terra Australis, qui croit-on à l'époque se situe à des latitudes inférieures au 40e parallèle sud. L'expédition, composée des HMS Resolution et HMS Adventure, quitte l'Angleterre en septembre 1772 pour entreprendre un travail scientifique important. Les deux navires partent de Table Bay, en Afrique du Sud, le 22 novembre, et se dirigent droit au sud. De forts coups de vent font dériver les navires vers l'est, jusqu'à ce qu'ils rencontrent la banquise le 10 décembre. Cette banquise forme une barrière quasi ininterrompue, qui exige pour la contourner une grande expérience maritime. Parvenant cependant à trouver un passage, l'expédition de Cook continue vers le sud en eau libre et elle parvient ainsi, le 17 janvier 1773, au cercle antarctique par 66°20'S, latitude qu'aucun navire avant elle n'a jamais atteinte. À cet endroit cependant, la progression de Cook est stoppée par les glaces, et il doit mettre le cap au nord-est, vers la Nouvelle-Zélande, qu'il atteint le 26 mars.
Durant les mois suivants, l'expédition explore le Sud de l'océan Pacifique, avant que Cook ne conduise le navire Resolution encore plus au sud – le navire Adventure s'est replié en Afrique du Sud après un affrontement avec les indigènes de Nouvelle-Zélande. Cette fois, Cook parvient à pénétrer profondément au-delà du cercle polaire et atteint les 71°10'S le 30 janvier 1774, son Farthest South, son « point le plus au sud », mais la glace l'empêche de poursuivre plus avant. Ce record restera invaincu durant 49 ans.
Au cours de ses voyages dans les eaux antarctiques, le capitaine Cook a fait le tour du monde à des latitudes généralement situées au-delà du 60e parallèle sud, sans rien voir d'autre que des îles inhospitalières, sans aucune trace du continent fertile que d'aucuns rêvent encore de trouver un jour au sud. Cook écrit que si un tel continent existait, « ce serait un pays condamné par la nature », et que « aucun homme n'ira plus loin que je ne l'ai fait et la terre au sud ne sera jamais explorée ». Il conclut : « si l'impossible était réalisé et la terre atteinte, ce serait complètement inutile et sans bénéfice aucun pour son découvreur comme pour son pays ».
Malgré la prédiction de Cook, le début du XIXe siècle voit de nombreuses tentatives visant à pénétrer plus au sud, et à découvrir de nouvelles terres. En 1819, William Smith, commandant du brigantin Williams, découvre les îles Shetland du Sud, et l'année suivante Edward Bransfield, à bord du même navire, aperçoit la péninsule de la Trinité, à l'extrémité Nord de la Terre de Graham. Quelques jours avant la découverte de Bransfield, le 27 janvier 1820, le capitaine russe Fabian von Bellingshausen, dans un autre secteur de l'Antarctique, aperçoit vaguement la côte de ce qui est maintenant connu sous le nom de Terre de la Reine-Maud. C'est donc lui que l'on crédite d'avoir, le premier, aperçu le continent proprement dit.
En 1821, John Davis, un capitaine américain qui chassait le phoque, débarque à la tête d'un petit groupe sur une étendue de terre vierge au-delà des îles Shetland du Sud. « Je pense que cette Terre du sud est un continent » écrit-il dans son journal de bord ; si en effet il a raison, son équipe et lui-même sont les premiers à poser le pied sur le continent Antarctique. Cependant, en dépit de toutes ces aventures et découvertes, le record de Cook tient toujours bon.
James Weddell est un marin britannique qui sert dans la Royal Navy et la marine marchande britannique, avant d'entreprendre ses premiers voyages dans les eaux antarctiques. En 1819, commandant le brigantin Jane, qui avait été armé pour la chasse à la baleine, il fait voile vers les zones de pêche récemment découvertes près de la Géorgie du Sud-et-les Îles Sandwich du Sud. Il voit dans ce voyage, l'occasion de découvrir les « îles Aurora », qui avaient été signalées au 53eS, 48eW par le navire espagnol Aurora en 1762. Weddell ne les trouve pas, celles-ci n'existant tout simplement pas, mais il tire un joli profit de sa chasse aux phoques.
En 1822, Weddell commande toujours le Jane, cette fois accompagné d'un plus petit navire, le Beaufoy, et met cap au sud avec pour instructions de ses employeurs, si la chasse aux phoques se révèle peu fructueuse, qu'il doit alors « mener l'exploration plus loin que ne l'ont fait les navigateurs précédents ». Cela convient au tempérament inné d'explorateur de Weddell et il équipe son navire de chronomètres, thermomètres, compas, baromètres et cartes marines. En janvier 1823, il explore les eaux entre les îles Sandwich du Sud et les îles Orcades du Sud, à la recherche de nouvelles terres. N'en trouvant aucune, il met cap au sud, en suivant le 40e méridien ouest, pénétrant profondément dans la mer qui porte désormais son nom. La saison est particulièrement calme et Weddell note qu'« on ne pouvait voir aucune particule de glace de quelque sorte que ce soit ». Le 20 février 1823, il atteint un nouveau « point le plus au sud », situé à 74°15'S, trois degrés au-delà de l'ancien record de Cook. Ignorant qu'il est proche de la terre, Weddell décide de s'en retourner vers le nord, convaincu que la mer continue jusqu'au pôle Sud. S'il avait navigué encore deux jours, il serait arrivé en vue de la Terre de Coats, qui n'est découverte qu'en 1904 par William Speirs Bruce lors de l'expédition Scotia (1902-1904). À son retour en Angleterre, l'affirmation de Weddell selon laquelle il aurait dépassé le record établi par le capitaine Cook dans une pareille proportion « provoque quelques haussements de sourcils sceptiques », mais est bientôt acceptée.
L'expédition menée par James Clark Ross en Antarctique, de 1839 à 1843, avec les navires HMS Erebus et HMS Terror, est une initiative de grande envergure de la Royal Navy, dont le but est de tester les théories de l'époque sur le magnétisme, et tenter de localiser le pôle Sud magnétique. L'expédition est d'abord proposée par l'astronome John Herschel, et est appuyée par la Royal Society et la British Association for the Advancement of Science. Ross a une considérable expérience tant de l'observation magnétique que de l'exploration de l'Arctique, notamment parce qu'en mai 1831, il est membre d'une équipe ayant atteint le pôle Nord magnétique. Il apparaît alors évident de le désigner pour commander cette mission.
L'expédition quitte l'Angleterre le 30 septembre 1839, et après un voyage ralenti par les nombreux arrêts nécessaires afin d'effectuer des travaux sur le magnétisme, elle atteint la Tasmanie, en août 1840. Après une pause de trois mois imposée par l'hiver austral, l'expédition navigue en direction du sud-est le 12 novembre 1840 et franchit le cercle polaire antarctique le 1er janvier 1841. Le 11 janvier, une longue côte montagneuse s'étendant vers le sud est aperçue. Ross nomme ce territoire Terre Victoria et les montagnes qui s'y trouvent Chaîne de l'Amirauté. Il suit la côte vers le sud et franchit le record du point le plus au sud détenu jusque là par James Weddell à 74°15'S, le 23 janvier. Quelques jours plus tard, comme l'expédition s'est déplacée plus loin à l'est afin d'éviter la côte de glace, ils se retrouvent face à deux volcans, le mont Erebus et le mont Terror, nommés en hommage aux navires de l'expédition.
La Grande Barrière de glace, plus tard nommée « Barrière de Ross », se trouve à l'est de ces montagnes, et forme un obstacle infranchissable empêchant de progresser plus au sud. Cherchant un détroit ou d'une crique, Ross explore 480 km le long de la barrière et atteint une latitude proche du 78e parallèle sud, le, ou vers le 8 février 1841. Il ne réussit pas à trouver un ancrage propice qui aurait permis aux navires d'hiverner, et par conséquent retourne en Tasmanie, où il arrive en avril 1841.
La saison suivante, Ross y retourne et localise une crique dans la Barrière qui lui permet, le 23 janvier 1842, de porter son « point le plus au sud » à 78°09'30"S, un record qui restera inégalé durant 58 ans. Ross n'est pas en mesure de débarquer sur le continent antarctique, ni d'approcher du lieu du pôle Sud magnétique. Toutefois, ses réalisations dans l'exploration scientifique et géographique sont, à son retour en Angleterre, récompensées par de nombreux honneurs dont celui d'être anobli.