Κανένα μεμονωμένο αισθητήριο όργανο δεν εξηγεί την επιστροφή των περιστεριών στη φωλιά. Αντίθετα, τα περιστέρια χρησιμοποιούν μια εφεδρική, φωλιασμένη ιεραρχία περιβαλλοντικών σημάτων: ατμοσφαιρικές οσμές, γωνίες ηλιακού αζιμουθίου, γραμμές γεωμαγνητικής κλίσης και πολιτικούς δρόμους.
Οι επιστήμονες της πλοήγησης διακρίνουν την επιστροφή σε δύο διακριτές φάσεις: τον προσδιορισμό της θέσης σε σχέση με τη φωλιά (το βήμα του «χάρτη») και τη διατήρηση της σωστής πορείας επιστροφής (το βήμα της «πυξίδας»). Τα περιστέρια χρησιμοποιούν διαφορετικές φυσικές αισθήσεις για κάθε φάση, ανάλογα με τη γεωγραφική απόσταση και τις καιρικές συνθήκες.
Τις καθαρές μέρες, τα περιστέρια υπολογίζουν την κατεύθυνση με βάση τη θέση του ήλιου. Επειδή ο ήλιος κινείται 15 μοίρες την ώρα στον ουρανό, το εσωτερικό κιρκαδιανό ρολόι του πτηνού επανυπολογίζει συνεχώς τη γωνία αζιμούθιου, ώστε να διατηρεί έναν πραγματικό κύριο προσανατολισμό καθ' όλη τη διάρκεια του πρωινού και του απογεύματος.
Πρωτοποριακά πειράματα των Floriano Papi και Hans Wallraff έδειξαν ότι τα νεαρά περιστέρια μαθαίνουν τις επικρατούσες διευθύνσεις του ανέμου και τις σχετικές οσμές αερολυμάτων ενώ ξεκουράζονται στο περιστερώνα. Όταν μεταφέρονται σε άγνωστες περιοχές, οι τοπικές οσφρητικές διαβαθμίσεις βοηθούν να προσδιοριστούν οι γεωγραφικές τους συντεταγμένες.
Όταν η πυκνή νεφοκάλυψη κρύβει τον ήλιο, τα περιστέρια στηρίζονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης. Τα φωτοευαίσθητα μόρια κρυπτοχρώματος 4 στα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς τους υφίστανται κβαντικές αλλαγές σπιν, που ενδέχεται να επιτρέπουν στο πτηνό να βλέπει κυριολεκτικά τις γραμμές του γεωμαγνητικού πεδίου πάνω στο οπτικό του πεδίο.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης τοποθέτησαν σε περιστέρια μεταφοράς μικροσκοπικούς υψηλής ακρίβειας σάκους καταγραφής GPS στην πλάτη. Κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων πτήσεων, τα πτηνά εγκατέλειψαν τις καθαρά μαθηματικά ευθείες διαδρομές και ακολούθησαν αυτοκινητόδρομους, εξόδους και σιδηροδρομικές γραμμές, στρίβοντας ενεργά στους κόμβους.
Η παλιά λαϊκή πεποίθηση υπέθετε ότι τα περιστέρια διαθέτουν μια μυστηριώδη πυξίδα που δείχνει διαρκώς προς το σπίτι. Η σύγχρονη τηλεμετρία αποδεικνύει ότι οι πραγματικές τροχιές πτήσης είναι ελικοειδείς, με διακοπές για εξερευνητικούς κύκλους, οπτικό επαναπροσανατολισμό στους κόμβους των αυτοκινητοδρόμων και κοινωνική συζήτηση μεταξύ των μελών του σμήνους.
Εξερευνήστε τη λήψη αποφάσεων του σμήνουςΟ γεωφυσικός Jon Hagstrum απέδειξε ότι τα ακουστικά κύματα χαμηλής συχνότητας (κάτω των 20 Hz), που παράγονται από κύματα των βαθιών ωκεανών, μικροσεισμούς και ορεινούς ανέμους, ταξιδεύουν χιλιάδες χιλιόμετρα μέσα από την κατώτερη ατμόσφαιρα. Τα περιστέρια ακούν αυτές τις βαθιές συχνότητες, ενδεχομένως σχηματίζοντας ηχητικούς χάρτες περιγράμματος των μεγάλων ηπειρωτικών μορφών εδάφους, που παραμένουν ακέραιοι ακόμη και σε συννεφιά ή καταιγίδα.