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”。
