在张衡所处的东汉时代，地震比较频繁。在通信不发达的古代，地震后，为人们及时知道发生地震和确定地震大体位置有一定的作用。地动仪由青铜铸成，外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器内部中央立着一根铜质都柱;仪体外部周围铸着八条龙，按东，南，西，北，东南，东北，西南，西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机关相连，每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处，蹲着八个铜蟾蜍，昂着头，张着嘴。当某处发生地震，都柱便倒向那一方，触动牙机，使发生地震方向的龙张嘴吐出铜珠，落到铜蟾蜍嘴里，发出“当啷”声响，人们就知道哪个方向发生地震。
历史实证
汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅(公元134年12月13日)，地动仪的一个龙机突然发动，吐出了铜球，掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师(洛阳)的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，于是有人开始议论纷纷，责怪地动仪不灵验。没过几天，陇西(今甘肃省天水地区)有人快马来报，证实那里前几天确实发生了地震，于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。
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