公元132年，張衡在太史令任上發明了最早的地動儀，稱為候風地動儀。
據《後漢書·張衡傳》記載：地動儀用精銅鑄成，圓徑八尺，頂蓋突起，形如酒樽，用篆文山龜鳥獸的形象裝飾。中有大柱，傍行八道，安關閉發動之機。它有八個方位，每個方位上均有一條口含銅珠的龍，在每條龍的下方都有一隻蟾蜍與其對應。任何一方如有地震發生，該方向龍口所含銅珠即落人蟾蜍口中，由此便可測出發生地震的方向。
經過試驗，與所設製，符合如神，自從有書籍記載以來，是沒有過的。
曾經一龍機發，地不覺動，雒陽的學者都責怪不足信，幾天之後，送信人來了，果然在隴西地發生地震，眾人於是都服其神妙。
自此之後，朝廷就令史官記載地動發生的地方。
世界上地震頻繁，但真正能用儀器來觀測地震，在國外，是十九世紀以後的事。
候風地動儀是世界上的地震儀之祖。雖然它的功能尚隻限於測知震中的大概方位，但它卻超越了世界科技的發展約一千八百年。
而對於渾天儀，是張衡在西漢耿壽昌發明的渾天儀的基礎上，根據自己的渾天說，創製了一個比以前都精確、全麵得多的“渾天儀”——漏水轉渾天儀。
漏水轉渾天儀是一種水運渾象。
用一個直徑四尺多的銅球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節氣、恒顯圈、恒隱圈等，成一渾象，再用一套轉動機械，把渾象和漏壺結合起來。
以漏壺流水控製渾象，使它與天球同步轉動，以顯示星空的周日視運動，如恒星的出沒和中天等。
它還有一個附屬機構即瑞輪冥菜，是一種機械日曆，由傳動裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半後每天落一葉片。它所用的兩級漏壺是現今所知最早的關於兩級漏壺的記載。
張衡在創作了渾天儀之後曾寫過一篇文章，可惜的是，此文全文已佚。
後來，張衡又再現了黃帝時期的指南車。
張衡製造的指南車利用機械原理和齒輪的傳動作用，由一輛雙輪獨轅車組成。車箱內用一種能自動離合的齒輪係統，車箱外殼上層置一木刻仙人，無論車子朝哪個方向轉動，木人伸出的臂都指向南方。
十分地先進。
······
除了科技發明之外，張衡還在曆法上麵有了改進。
張衡發布了一篇關天文學的代表作——《靈憲》，全麵體現了張衡在天文學上的成就和發展。
原文被《後漢書·天文誌》劉昭注所征引而傳世。 ..：，，，