这架地震仪是用精铜铸成张衡的发明，直径8尺，形状像个大酒坛，坛顶上有个突出的盖子，可以打开，坛下部雕刻着山龟鸟兽的花纹。
坛内部有一个中枢机械“都柱”——一根上粗下细的柱子。柱子紧挨着8道机关，和8道机关相连接的是仪器外围镶着的8条头朝下的龙，8条龙的龙头分别对准东、东北、北、西北、西、西南、南、东南8个方向。每个龙头的嘴里都衔着一个铜球。对准龙嘴蹲着8个铜蛤蟆，昂着头，张着嘴，像期待着什么。如果什么地方发生了地震，仪器中间的立柱就倒向震区所在的方向，随即触动那个方向的机关，连接在那个机关上的龙头就张开嘴巴，吐出铜球，铜球即掉进蛤蟆的嘴里，并发出“哐啷”的响声，给管理人员报信，告知震源的方向。张衡研制的这台地动仪，相当灵敏、准确。公元138年的一天，地动仪正西方向的龙嘴突然张开，铜球准确无误地落到了蛤蟆嘴里，管理人员随即报告“西方发生地震”。但当时住在洛阳的人丝毫没有感觉到，人们开始表示怀疑。但是没过几天，便有人从陇西赶来报告，说那里发生地震。经核对，时间正是龙头吐球之时，人们这才信服了地动仪，赞叹它的灵敏，千里之外发生地震，居然能感之如此准确!说明这台地动仪的精密程度已达到相当高的水平。张衡发明的地动仪，是世界上最早的测定地震方法的仪器,比欧洲利用水银溢流记录地震的仪器早1700多年。张衡发明的地动仪，也是人类历史上用科学方法观测地震的开始，它揭开了地震科学的新纪元。
张衡是东汉时候杰出的科学家。他从小就爱想问题，对周围的事物，总要寻根究底，弄个水落石出。
在一个夏天的晚上，张衡和爷爷、奶奶在院子里乘凉。他坐在一张竹床上，仰着头，呆呆地看着天空，还不时举手指指划划，认真地数星星。
张衡对爷爷说：“我数的时间久了，看见有的星星位置移动了，原来在天空的，偏到西边去了。有的星星出现了，有的星星又不见了。它们不是在跑动吗?”
爷爷说道：“星星确实是会移动的。你要认识星星，先要看北斗星。你看那边比较明亮的七颗星，连在一起就像烫衣服的熨斗，很容易找到……”
“噢!我找到了!”小张衡很兴奋又问：“那么，它是怎样移动的呢?”
爷爷想了想说：“大约到半夜，它就移到地平线上，到天快亮的时候，这北斗就翻了一个身，倒挂在天空……”
这天晚上，张衡一直睡不着，多次起来看北斗。夜深人静，当他看到那闪烁而明亮的北斗星时，果然倒挂着，他感到多么高兴啊!他想：这北斗为什么会这样转来转去，是什么原因呢?天一亮，他便赶去问爷爷，谁知爷爷也讲不清楚。于是，他带着这个问题，读天文书去了。
后来，张衡长大了，皇帝得知他文才出众，把张衡召到京城洛阳担任太史令，主要是掌管天文历法的事情。
公元138年，东汉京都洛阳传开了惊人的消息：
“发生地震啦！”“京都西面发生地震啦！”
这消息是从太史令（专管天文和地震工作）张衡那里传出来的。
然而，在京都，谁也没觉察发生过地震。几天过去了，谁也没听说哪儿发生过地震。“张衡吹牛！”“张衡瞎说！”京都议论纷纷。
正在这时，从洛阳西面的陇西来人说，那里前几天发生了大地震！这下子，人们既震惊，又佩服。
陇西位于今甘肃省西南部，离洛阳很远。张衡怎么会知道那里发生了地震呢？原来，在张衡生活的年代，地震十分频繁。光是从公元96年到公元125年这30年间，就有23年发生过大地震，有好几次就发生在洛阳附近。正因为这样，地震引起了张衡的注意。
张衡经过多年的摸索，在公元132年制成了世界上第一架测定地震的仪器，叫作“地动仪”。
地动仪是铜做的，直径约3米，样子像酒坛。在这个“酒坛”的外壁上，倒挂着8条龙。每条龙的嘴里都含有一个铜球。每条龙下面，蹲着一只铜蛤蟆。蛤蟆仰着头，张大嘴巴。8条龙的龙头，分别朝着东、南、西、北、东南、西南、西北、东北。哪个方向发生地震，哪个方向的龙嘴里的铜球就震落下来，正好落在正对着它的铜蛤蟆嘴里，发出“当啷”一声。
那天，朝西面的龙嘴里的铜球落下来了，于是，张衡断定是京都西面发生了地震。
地动仪是根据惯性原理设计的。发生地震之后，地震波传来，地动仪中间的“都柱”（类似于惯性运动的摆）就受到震动，朝那个方向偏动，通过杠杆，使那个方向的龙嘴张开，铜球坠落。
在1800多年前，张衡能够制造出这样的精巧、灵敏、准确、造型美观的仪器，实在令人叹服！
张衡的祖父张堪，曾当过蜀郡太守。到张衡出生时，家道已经衰落，生活贫苦。但是张衡有志气，他说过：“不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不伙，而耻智之不博。”意思是说：“不担心自己的地位不高，而担心自己的道德不高尚；不应当为收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而害臊。”
张衡为人正直，知识渊博。他当过太史令、郎中、尚书侍郎等官职，在皇宫里工作过，但受人排挤，郁郁不得志。
张衡在科学上的另一大贡献是在公元117年制成了浑天仪。这是一种观测天象的天文仪器。什么是“浑天”呢？原来，在那时候，人们以为大地是平的（一说像覆着的盘），天像一只巨大的碗反扣在大地上面，这叫“盖天说”。张衡根据自己对天文学的研究，认为地好像蛋黄，天好像蛋壳，包在地的外面，叫作“浑天说”。浑天说比盖天说进步多了。浑天仪是用铜做的，内有几层圆圈可以转动，上面刻着日、月和各种星辰。这个大铜球可用水力使它慢慢转动，转动一周的速度跟地球自转一周的速度一样。人们从浑天仪上可以看出星辰日月是怎样运动。这在当时，是天文学上的一大创造。
张衡用肉眼观测星星，曾把观测结果画成一幅星图。当时，他看到的星星有2500多颗。现在天文学上观测到的六等以上的星（即可用肉眼看见的星）为3000颗左右，只多500来颗。可见张衡在1800多年前研究天文是多么细心！
张衡不仅是一位科学家，而且还是一位文学家、画家。他29岁的时候，写过《东京赋》和《西京赋》。这两篇散文深受人们欢迎。据说，张衡写这两篇散文，前后花了10年时间！他着有诗、赋等32篇。张衡画画、书法也很不错。他还喜欢数学，算出圆周率为根号10，即3.16。
就在张衡用地动仪测到了陇西地震的第二年，他不幸病逝，终年62岁。
1956年，河南南阳县重修了张衡墓，深切怀念这位中国古代杰出的科学家。郭沫若为张衡墓碑题词：“如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见。”
