張衡的三大發明有地動儀、指南車、改進版的渾天儀。
地動儀是張衡創造的傳世傑作，是用於測試地震方位的儀器。地動儀有八個方位，每個方位上都有一個含着珠子的龍頭，在龍頭的下方分別對應着一隻蟾蜍，當有地震發生時，其對應方向的龍頭口中的龍珠就會落入蟾蜍的嘴中，由此就可推測出地震的方位。
指南車的製造是利用了機械原理以及齒輪的轉動作用，由一輛雙輪獨轅車組成。無論車身朝着哪個方向，車上的木人伸出的手臂都會指向南方。
改進版的渾天儀是張衡在耿壽昌發明的渾天儀的基礎上發明的一個比以前的更精準更全面的渾天儀。主要是用於測量天體球面的座標，在古代是用於演示天象的儀表。
