張衡發明：
地震儀：
公元132年（陽嘉元年），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，每個方位上均有壹條口含銅珠的龍，在每條龍的下方都有壹只蟾蜍與其對應。任何壹方如有地震發生，該方向龍口所含銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可測出發生地震的方向。經過試驗，與所設制，符合如神，自從有書籍記載以來，是沒有過的。曾經壹龍機發，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。
渾天儀：
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，創制了壹個比以前都精確、全面得多的“渾天儀”。
漏水轉渾天儀是壹種水運渾象。用壹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，成壹渾象，再用壹套轉動機械，把渾象和漏壺結合起來。以漏壺流水控制渾象，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。它還有壹個附屬機構即瑞輪冥菜，是壹種機械日歷，由傳動裝置和渾象相連，從每月初壹起，每天生壹葉片；月半後每天落壹葉片。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壹篇文章。此文全文已佚。只是在梁代劉昭註《後漢書·律歷誌》時作了大段引述而使之傳世。劉昭註中把這段文字標題為《張衡渾儀》。稱之為“渾儀”可能是劉昭所作的壹種簡化。在古代，儀器的定名並不嚴格。雖然後世將“渾儀”壹詞規範為專指觀測儀器，但在隋、唐以前，“渾儀”也可用於表演儀器。
瑞輪莢：
瑞輪莢是張衡別出心裁創造的自動日歷，它模仿神話中奇樹_莢的特征，靠流水作用，從每月初壹開始，壹天出現壹片葉子，到滿月出齊15片，然後每天再收起壹片，到月末為止，循環開合。這個神話曲折地反映了堯帝時天文歷法的進步。張衡的機械裝置就是在這個神話的啟發下發明的。聽謂“隨月盈虛，依歷開落”，其作用就相當於現今鐘表中的日期顯示。
指南車：
張衡制造的指南車利用機械原理和齒輪的傳動作用，由壹輛雙輪獨轅車組成。車箱內用壹種能自動離合的齒輪系統，車箱外殼上層置壹木刻仙人，無論車子朝哪個方向轉動，木人伸出的臂都指向南方。
計裏鼓車：
張衡創造的計裏鼓車是用以計算裏程的機械。據《古今註》記載：“記裏車，車為二層，皆有木人，行壹裏下層擊鼓，行十裏上層擊鐲”。記裏鼓車與指南車制造方法相同，所利用的差速齒輪原理，早於西方1800多年。
獨飛木雕：
張衡制作獨飛木雕，是模仿鳥類高空翺翔的滑翔翼型設計。
地形圖：
張衡也研究過地理學，根據他研究和考察的心得，畫過壹幅地形圖。唐張彥遠《歷代名畫記》卷3雲：“衡嘗作地形圖，至唐猶存。”