内部中央有根粗大的铜柱，铜柱的周围伸出八条滑道，还装置着枢纽，用来拨动机件。

外面有八条龙。龙口各含一枚铜丸，龙头下面各有一个蛤蟆，张着嘴巴，准备接住龙口吐出的铜丸。仪器的枢纽和机件制造得很精巧，都隐藏在酒尊形的仪器中，覆盖严密得没有一点缝隙。

如果发生地震，仪器外面的龙就震动起来，机关发动，龙口吐出铜丸，下面的蛤蟆就把它接住。铜丸震击的声音清脆响亮，守候机器的人因此得知发生地震的消息。地震发生时只有一条龙的机关发动，另外七个龙头丝毫不动。

按照震动的龙头所指的方向去寻找，就能知道地震的方位。用实际发生的地震来检验仪器，彼此完全相符，真是灵验如神。从古籍的记载中，还看不到曾有这样的仪器。有一次，一条龙的机关发动了，可是洛阳并没有感到地震，京城的学者都责怪它这次没有应验。

几天后，驿站上传送文书的人来了，证明果然在陇西地区发生地震，大家这才都叹服地动仪的绝妙。从此以后，朝廷就责成史官根据地动仪记载每次地震发生的方位。

当时政治昏暗，中央权力向下转移，张衡于是给皇帝上书陈述这些事。后来被升为侍中，皇帝让他进皇宫，在皇帝左右，对国家的政事提意见。皇帝曾经向张衡问起天下人所痛恨的是谁。宦官害怕张衡说出他们，都给他使眼色，张衡于是没对皇帝说实话。

但那些宦党终究害怕张衡成为祸患，于是一起诋毁他。张衡常常思谋自身安全的事，认为福祸相因，幽深微妙，难以看清，于是写了《思玄赋》表达和寄托自己的情思。

(汉顺帝)永和初年，张衡调离京城，担任河间王的相。当时河间王骄横奢侈，不遵守制度法令;又有很多豪族大户，豪门大户他们一起胡作非为。

张衡上任之后治理严厉，整饬[chi]法令制度，暗中探得奸党的姓名，一下子同时逮捕，拘押起来，于是上下敬畏恭顺，称赞政事处理得好。(张衡)在河间相位上任职三年，给朝廷上书，请求辞职回家，朝廷任命他为尚书。张衡活了六十二岁，于永和四年去世。