由于东汉时期地震较为频繁，张衡便在阳嘉元年间发明了候风地动仪，用于预测地震的大概方位。候风地动仪是世界上的第一架地震仪，据记载，它曾成功测报西部地区的一次地震。

张衡在前人发明的黄道铜仪的基础上，创制了一个更加精确的铜铸浑天仪。张衡制造的浑天仪能模拟天象运转，而且上面标刻有黄赤道、南北极、恒显圈等，是极佳的观测天象的仪器。