庫克的目標是想找到哪一座大陸?
南極洲大陸
庫克的決心號離探險號而去後，繼續在茫茫大海中試圖尋找南極洲大陸。1773年12月，決心號第二度進入南極圈，隨後於1774年1月26日第三度駛入南極圈，並於1月30日成功駛至南緯71度10分離南極洲不遠的海域，成為整個18世紀中航海家所到過最南的地方。可是，未有找到南極洲的庫克在這時卻因為天氣環境惡劣而決定折返，使尋找神秘大陸的希望落空。此後，庫克決定待在太平洋地區，以便南半球夏天來臨的時候可以再度南下探索。這個時期的庫克遊走於大洋洲多處地方，他在1774年2月到訪復活節島後，旋於3月轉到馬克薩斯群島，以及在4月重返社會群島和大溪地。6月，庫克成為首位發現紐埃的西方航海家，他雖然多次嘗試登岸，但均被島上懷有敵意的島民阻止，結果庫克把該島命名為「野人島」，並只好返回附近的東加補給。1774年7月，庫克轉抵曾經有歐洲航海家到訪的萬那杜，而且以蘇格蘭的赫布里底群島，把群島命名為新赫布里底。不久以後，庫克在1774年9月成為首位發現新喀里多尼亞的西方航海家，庫克選用的地名則取材自蘇格蘭古地名喀里多尼亞。在同年11月返回紐西蘭夏洛特王后海灣前，庫克還在途中於10月10日發現諾福克島，諾福克島以他的其中一位贊助人第九代諾福克公爵夫人命名，可是庫克命名的時候，還不知道公爵夫人早已於1773年逝世。1774年11月，庫克的決心號從紐西蘭出發，向東駛經南美洲南端合恩角進入大西洋，途中在1775年1月17日抵達位於南大西洋的南喬治亞島。該島事實上早於1675年已由英國商人安東尼·德拉羅雪發現，但庫克等人則是首批登陸該島的西方人。庫克抵達後，他不單宣布該島為英國領土外，還負責勘查和繪製了該島的地圖。除了南喬治亞島外，庫克又以其隨員查爾斯·克拉克的名字，把附近新發現的礁島命名為克拉克礁島。1月31日，庫克進一步發現多個細小島嶼，於是以第一海軍大臣兼其航海探索贊助人三明治勳爵的封號，把群島命名為「三明治領地」。南喬治亞島與三明治群島是庫克在整個旅程到訪的眾多島嶼中，唯一一處覆滿冰雪的島嶼。
最初來到茂宜島的族群是來自大溪地和馬克薩斯群島的玻里尼西亞人。大溪地人在本地創立了卡普制度，規範著當地人們的各種活動，之後也成為夏威夷土著文化的主要內容。現代夏威夷的歷史始於18世紀中葉。當時，夏威夷大島的君主卡梅哈美哈一世在1790年入侵茂宜島，但在可帕尼瓦伊戰役中毫無所得，不久他撤回大島轉戰其他戰場。數年後，他最終征服茂宜島，成為當地的最高統治者。1778年11月26日，航海家詹姆斯·庫克船長成為了首名發現茂宜島的歐洲人。但庫克未找到合適的停靠點，因此未能成功登陸。1786年5月29日，法國海軍上將讓-弗蘭西斯·拉·佩羅西在被後人稱為拉佩羅西灣的地方停泊，成為首個踏上了茂宜島的歐洲人。此後許多歐洲商人、捕鯨者、檀香木貿易商和傳教士相繼而來。傳教士於1823年從新英格蘭來到茂宜，並進入了當時的都城拉海納。他們教會了當地土著穿上衣服，並禁止後者跳胡啦舞，逐步改變了當地的原住民文化。傳教士還教會當地人書寫和閱讀，創造了12個字母的夏威夷文字，並在拉海納開辦了一家印刷社，開始用文字記錄茂宜島的歷史，結束了此前只有口述相傳的土著歷史傳統。
心理學是否為自然科學的範圍，目前也尚存爭議，一般較廣為接受的說法是心理學同時包含在自然科學與社會科學的範疇之中。自然科學的根本目的在於尋找隱藏在自然現象背後的規律，但是自然科學的工作尚不包括研究為什麼會存在這些規律。自然科學認為超自然的、隨意的和自相矛盾的現象是不存在的。自然科學的最重要的兩個支柱是觀察和邏輯推理。由對自然的觀察和邏輯推理自然科學可以引導出大自然中的規律。假如觀察的現象與規律的預言不同，那麼要麼是因為觀察中有錯誤，要麼是因為至此為止被認為是正確的規律是錯誤的。一個超自然因素是不存在的。
加入皇家海軍後，庫克最先在HMS鷹號任職大副。在1755年10月至11月，他參與鷹號分別捕獲和擊沉一艘法國戰艦的行動，並在事後獲指派兼任水手長。1756年3月，他首次臨時執行指揮職務，負責在鷹號巡弋期間，擔任附屬單桅快速帆船庫魯撒號的船長。1757年6月29日，庫克在特福德三一府通過航海長考試，取得資格掌管和駕駛英王艦隻。在同一月，他加入HMS索爾貝號擔任海軍上校羅伯特·克雷格的航海長。不久以後，他在同年10月轉到HMS彭布羅克號擔任航海長，在北美一帶服役。當時正值七年戰爭，庫克在1758年參與英方海陸軍的聯合軍事行動，從法軍手上成功奪取路易斯堡堡壘，翌年，他又先後參與了魁北克圍城戰役和亞伯拉罕平原戰役。由於庫克在軍中展現出測量學和地圖學方面的才能，因此他負責在圍城戰役期間繪製聖勞倫斯河河口大部份地區的地圖，好讓英方陸軍主將詹姆士·伍爾夫隨後在亞伯拉罕平原展開有名的突襲。英方在七年戰爭取得勝利後，擅於測繪的庫克在1760年代還獲紐芬蘭總督托馬斯·格雷夫斯聘任為海事測量師，負責為紐芬蘭島參差不齊的海岸製作地圖。他最初於1763年至1764年測量該島西北岸，隨後在1765年至1766年測量比爾仁半島至雷角的南岸地區，最終在1767年完成西岸地區。在五年時間當中，庫克為紐芬蘭海岸繪製有史以來首批大規模和精確的地圖，他不時遊走於英國和紐芬蘭兩地之間，春夏兩季的時候負責測量地形，踏入秋冬以後就乘船返回英國，並在途中繪製航海圖。庫克在測繪期間經常需要抵受惡劣的天氣和環境，在當地的實地工作也進一步磨練和提升他在測繪方面的熟練技巧，使他獲得海軍部和皇家學會的青睞。由他繪製的紐芬蘭地圖甚至成為此後近200年來船隻出入該地的主要參考，一至到20世紀才被更新和更精確的地圖取代。庫克在紐芬蘭嶄露頭角，正值英國積極向海外探索的時期，這使他能夠把握機遇，在日後的航海事業上取得更大的成就。事實上，庫克也是一個抱有大志和野心的航海家，就在他完成紐芬蘭的任務後不久，他在日記為自己寫下了以下的一句目標：我的野心不止於比前人走得更遠，而是要盡人所能走到最遠。