在东汉时期，经常发生地震。有时一年会发生好几次。每次地震，都会给老百姓和国家带来非常大的伤害。而当时的皇上和老百姓都把地震看作是不吉利的征兆，认为是鬼神造成的张衡却不信神邪，他对记录下来的各种地震现象，经过细心地考察和试验，最后，发明出了一个能测出地震的仪器，叫做地动仪。这在我国的科学史上留下了光辉的业绩。
张衡从小生活就比较清苦。他的祖先虽然是南阳名门，但到了他父亲那一代，就已经衰落。小张衡从小就有一个特殊的爱好一一喜欢数星星。每到繁星满天的夜晚，他总是会站在院子里，数着浩瀚的夜空中那一闪一闪的星星，这时，慈祥的奶奶总会在旁边微笑着说：“傻孩子，星星哪能数得完呢”
在很小的时候，小张衡就是奶奶的小尾巴，不管奶奶走到哪里，后面总会有小张衡的影子。他对自然界中的万事万物都充满了兴趣。早上带着露珠的花朵中午高悬天空的太阳晚上皎洁柔和的月亮以及一闪一闪的星星都让他产生了无穷无尽的联想。他总是缠着奶奶给他讲故事。而奶奶似乎也有着讲不完的故事，又加上十分喜爱这个聪明的孙子，所以，只要小张衡提出要听故事，奶奶就会不厌其烦地为他讲述，一遍又一遍。
在奶奶讲述的这些故事当中，小张衡最喜欢的是北斗七星和月亮的传说。他总是一边抬着头望着天空里眨眼的星星，一边专注地听奶奶讲，还不时地问奶奶：星星怎么不会像苹果一样掉下来呢星星害怕下雨吗……对于聪明的小孙子的问题，奶奶当然回答不上来，这让小张衡越发觉得，这浩渺的夜空里藏着无数的宝藏，同时也在他的幼小的心灵里埋下了无数好奇的问号。从奶奶那里得不到答案，小张衡就急切地大量读书，他希望能从书中找到自己想要的答案。
随着年龄的增长，张衡的求知欲越来越强，当时各种自然灾害频繁地发生，地震带来的灾难尤为严重，它来无影去无踪，一旦发生却极具破坏力，这引起了张衡的思考，他想，能不能制造出一种在地震发生后，能够准确测量其方位的仪器出来，以便及时调拨物资进行救援呢定下了这个目标以后，他查阅了大量关于地震方面的资料，并且多次实地勘测。
有时，张衡为了获得第一手资料，亲自来到刚刚发生地震的地方，测量大地的震感，有一次，他刚把测振仪插入大地，正准备要读取数据时，一波剧烈的余震突然袭来，在离他不远处的一道土墙，轰然崩塌。幸亏他眼疾手快地往旁边一跳，才躲过一劫，不然肯定要被砸成肉泥。余震过去后，他随手拍了拍身上的灰土，毫不在意地继续看仪器上的数据，远处的老百姓十分不理解他的做法，认为他简直发疯了，张衡却不为所动，仍然夜以继日地研究地动仪，不久，地动仪真的成功问世了。
这台地动仪能够准确地报告千里之外发生的地震。这标志着人类开始了用仪器记录研究地震的新纪元。
不仅如此，张衡还指出月球本身并不发光，月亮其实是日光的反射他还正确地解释了月食的形成，并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。同时，他还观测记录了两千五百多颗恒星。为了纪念张衡的功绩，人们将月球背面的一座环形山命名为“张衡环形山”，将小行星1802命名为“张衡小行星”。
