元初二年（115年），张衡升任太史令，执掌天文、星历、术算、典籍等方面。张衡进入到其科学创造最为旺盛、科学成就最为丰硕的时期。元初四年（117年），发明出水力推动的浑天仪。在这期间先后著有《地形图》《浑仪图注》《漏水转浑天仪注》《灵宪》《灵宪图》《算罔论》等，其中《灵宪》是我国第一部天文学理论著作。

建光元年（121年），太后邓绥崩逝，汉安帝亲政。张衡转任公车司马令，掌宫殿中司马门的警卫和接待工作。其间著有《与特进书》《同周兴议历》《东巡诰》《日蚀上表》等。

张衡盼望重任太史令，继续学术研究，便作《与特进书》求助于邓骘，声称“蓬莱，太史之秘府，道家所贵。衡再得当之，窃为幸矣。”然而邓骘不久便在政治博弈中失败，被逼自杀。张衡也因与邓骘关系密切而多年不得升迁。

顺帝永建元年（126年），张衡回任太史令。鉴于时人嘲其“非进取之势”“以为失志”，张衡当年即创作《应间》一文，表达自己“不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不夥，而耻智之不博”的情志与从容淡静的学者本性。阳嘉元年（132年），他创造世界上第一架测量地震方向的仪器——地动仪。他还曾创制测量气象的仪器一候风仪，制造出自动转向的三轮指南车和自动起飞的木雕。针对当时流行的“谶纬之学”，张衡上奏章《论贡举疏》，以揭露谶纬的虚妄。这一时期，他还著有《顺帝封事》《鸿赋并序》《舞赋并序》《羽猎赋》《陈事疏》等作品。

阳嘉二年（133年），张衡升任侍中。顺帝曾在内廷询问张衡被天下所痛恨的人，宦官们害怕他说自己的坏话，都用眼睛瞪着他，张衡只能用假话对答后离开内廷。张衡常思如何保全身家性命，认为吉凶祸福，幽暗深微，不易明白，于是作《思玄赋》，以表达和寄托自己的情志。汉安帝永初年间，谒者仆射刘珍、校书郎刘騊駼等人曾在东观撰集《汉记》，因考定汉朝礼仪，上疏请张衡参加讨论，但二人很快相继逝世，张衡一直想完成此事。他出任侍中后便收罗散佚文献，以图补充、订正《汉记》。并指出司马迁、班固记述的十余事与文献不符。张衡还认为王莽本传只需记载篡汉即可，至于王莽篡汉后的纪年、灾祥，可归入《元后本纪》；他还认为应将更始年号列于光武之前，因为当时人们普遍以更始帝为正统，即使是光武帝刘秀最初也是在更始帝手下为将，之后才承继大统。张衡屡次奏陈其主张，但未被采纳。此后，他的著述多未被典藏，使得时人极为悔恨。

张衡常在顺帝左右，但并未投靠宦官集团。宦官集团始终视其为祸患，不断向顺帝进谗言。永和二年（137年），张衡被排挤出京，出任河间相。河间王刘政骄奢淫逸，不遵法纪；又有不少豪强之徒，纠集在一起做乱。张衡到任后，严整法纪，打击豪强，暗中探得奸党名姓，一时收捕，上下肃然，他为政以清廉著称。但张衡已感朝廷腐败，难以实现其志，曾写《怨篇》《四愁诗》抒发其心情。又作有《髑髅赋》《冢赋》。永和三年（138年），张衡作《归田赋》，并向朝廷请求结束外任、回京任职。顺帝恩准张衡还朝，征拜他为尚书。翌年，张衡在郁闷与凄凉的晚年心境中卒于尚书任上，终年六十二岁。张衡葬于家乡南阳西鄂，并在北宋时被追封为“西鄂伯”。

天文历法

张衡在天文历法领域做出了诸多探索。一是对若干天文现象进行了理论探讨。在月食理论方面，他是东方最早正确说明月食的人，指出月食是由于地球的影子“暗虚”遮掩了月亮而引起的。在行星运动方面，张衡提出五星视运动的理论，认为就同一行星而言，其运行轨道与地面时而接近，时而远离，以“近天则迟，远天则速”解释五星运行的快慢。张衡将运动缓慢的外行星火星、木星、土星，归类为阳，将运动较快的内行星水星和金星，归类为阴。 二是在历法制定方面提出新的见解。张衡认为历法制定必须基于实测结果，反对依据图谶来制历。他曾在延光二年（123年）参与历法辩论，并根据月亮运行有迟疾的规律，以“九道法”为基础提出新历，期望对当时施行的四分历进行革新，但未被朝廷采纳。此次“延光论历”虽然无果而终，但张衡反图谶的思想及其治历成就一定程度上影响了其后刘洪乾象历的制定。张衡也被认为是中国古代历法史上首见的明确主张应用定朔法的先行者。 三是在天文观测上取得不少成果。例如，张衡测得日、月的视直径约为365.25/730度，约等于0.5度，与现今测值相近。他还在长期观测和统计基础上，绘制了星图，对恒星进行了区分和命名，共记录星官444个，星星有2500颗，其中320颗有名字。当然，张衡的天文观测结果也有一些局限性。例如，他未能认识岁差，因冬至点难以观测，只从西汉末年所测的旧数值换算，定出冬至点以黄道度量为入斗宿20度，较实际情况偏东超过3度。他定出冬至黄道最远时去极115度，夏至黄道去极67度，因受仪器所限，数据也稍欠精确。此外，张衡也未能认识到北极高度会随地点而变化，定出北极高度是36度。

天文仪器

张衡还改进西汉耿寿昌的设计，制造了浑天仪，并著有《浑天仪》一卷加以解说。浑天仪一具安装在室内，一具安装在观测台“灵台”之上。浑天仪以铜铸造，是空心球体，直径约五尺，上画二十八宿、中外星官及黄道、赤道；天球半露在地平圈上，半隐在地平圈下，天轴则支架在子午圈上，天球可绕天轴自行转动，与实际天球运动相一致，可预报天体运动情况。其外安装了地平环、赤道环和子午环，内部设置四游环。有学者认为，张衡的浑天仪上面装置了可以眺望天体位置的望筒，兼具演示和观测效用。也有学者认为，此浑天仪没有望筒，只有演示作用，性质上是天球仪。浑天仪每日均匀地绕中轴旋转一周，以滴水为原动力，与漏刻相连，水不断定量而缓缓地流入刻漏的水斗中。水斗原是静止不动的，当注水达到某个分量时，其重量就胜过浑天仪和齿轮的阻力，凸耳使齿轮转动一齿，然后抵住下一齿而再次静止下来，通过齿轮传动而使浑天仪缓慢地旋转。张衡所造浑天仪在五胡乱华中毁坏；在西方，类似能自动旋转的浑象在16世纪才出现。

宇宙论

张衡主张浑天说，主张天是球状的，像个鸡蛋，天相当于蛋壳，大地像蛋黄，天把大地包在当中，大地是平面的，周围是水，大地浮在水上。张衡撰有《灵宪》，叙述宇宙生成论，其观点接近西汉《淮南子·天文训》。他提出宇宙形成的三个阶段，首先是“溟滓”，是气的原始状态，是“无”的阶段，为道的根本；第二是“庞鸿”，是元气开始发动、连结在一起、混沌不分的状态；第三是“太元”，元气分化，有刚柔清浊之分，天地各自形成，阴阳四时变化而生万物。他认为天圆地平，天是一个中空的球体，地是半球体，上平下圆，处于天体下半部。八极约长二亿三万二千三百里，南北少一千里，东西多一千里，天地距离和地的厚度，都等于八极的一半。他指出宇宙是无穷无极的，肯定时间与空间的无限性，提出以“气”为基本的自然观，人是元气的聚合，如水之凝结为冰，人死是元气消散，如冰块融化为水，复归于元气，与自然成为一体。

132年，张衡发明和制造了世界第一部验震器“候风地动仪”，其形状像圆形酒瓮，断面直径八尺，其内中央置有一根很重的柱子，称“都柱”，可以向八个方向倾侧或倾摆；酒瓮外部的八个方向各有一个龙头，龙头下各有一只蟾蜍，张口对着龙头，八条龙各口含铜丸一颗，当都柱向某一方倾侧时，该方向的龙口张开，铜丸落下，掉入蟾蜍口中。地震发生时，只有震源方向上的龙头张口，据此可知地震的方向。134年陇西地震，雒阳并无震感，但一个龙口掉出铜丸，其后传来陇西地震的消息，证实其功效。而候风地动仪所谓的“候风”，是指测定风的变化，地震被认为是阴阳两气相搏而形成，气的变化会产生风，哪个地方有地震，哪个方向就有气的变化，就有风来可以测到。候风地动仪流传到隋代，北朝信都芳、隋代临孝恭都有研究，到唐代失传。张衡地动仪比直至19世纪前期西方的水银地震仪更先进。有学者认为“候风地动仪”其实是指风向仪和地动仪两种仪器，这种风向仪是鸟状的，能随风转动。

地动仪是依据物体惯性来进行测震的，学者们根据这一原理，来试图复原地动仪的构造。中国科技史学家王振铎认为都柱即为立柱，在1951年就设计出了复原模型。但这一模型逐渐受到学者质疑。中国地震学者冯锐等认为都柱是个挂起的悬摆，又重又粗，都柱下有一小铜球，组成触发机制，在地震波水平运动中，都柱移位，小铜球脱落，撞击机关，又或都柱带动八条向八个方位伸出去的臂，连接杠杆，当都柱向某一方向摆动时，龙口就会张开。悬摆式模型逐渐成为主流的复原模型。近年来，又有学者认定都柱是精密的、小“着地面”的立柱。另有学者提出复合物理摆加机械杠杆放大的地动仪复原技术方案。

116年，张衡还曾绘制和呈献地图“地形图”，该“地形图”一直流传到唐代。李约瑟推测张衡曾运用计里画方的网格绘图，但此说受其他学者质疑。

辞赋

张衡与司马相如、扬雄、班固一道，被后人誉为“汉赋四大家”。张衡不仅创作了《二京赋》那样表现传统特色的京都大赋，而且创作出《思玄赋》《归田赋》等抒情小赋。

《二京赋》为张衡早年因感于“天下承平日久，自王侯以下莫不逾移”所作，在形式上模仿自司马相如《子虚赋》和班固《两都赋》。《二京赋》描绘的事物繁杂丰富，铺叙夸张的程度较之《两都赋》更甚，成为京都大赋的“长篇之极轨”。《西京赋》描写了长安的地势、宫殿的宏伟、城廓的宽大、市场的繁荣、商贾的欺诈、游侠的作风、园林中的游猎，《东京赋》追溯历史，从周、秦、两汉各代帝王，赞颂汉高祖、汉文帝、汉武帝等，描写雒阳形胜和汉室仪轨；二赋也描述宗教活动和民间风俗，如持守色戒的西域僧人、杂技歌舞等“百戏”表演、驱邪的大傩仪式，有其史料价值，可补正史的不足；《西京赋》即被南北朝《三辅黄图》和北宋宋敏求《长安志》多次引用，以说明长安面貌。《二京赋》引用不少五经句子，文句为何晏《景福殿赋》、左思《蜀都赋》等后世辞赋袭用。《二京赋》继承了此前汉赋“讽谏”的传统，其规讽、议论的表达较司马相如、杨雄的作品更为切直。近年来，有学者认为《二京赋》并不以“讽谏”为主题，是辞赋创作由“讽谏”转“颂美”转变的标志。张衡所作的京都大赋还有《南都赋》等。《南都赋》模仿杨雄《蜀都赋》，盛赞当时被朝廷忽略的南阳城，但形式呆拙，语言艰涩。

张衡的抒情小赋《思玄赋》深受楚辞影响，此赋篇幅较长，采用骚体句式，并大量引用楚辞。《思玄赋》带有较明显的想象和模拟成分，抒发了作者遭诋毁却不肯屈从俗辈，驰骋想象、遍访先贤，探求人生玄妙之理的情志。另一篇抒情小赋《归田赋》是中国文学史上第一篇描写田园隐居乐趣的作品，也是汉代第一篇比较成熟的骈体赋。《归田赋》以田园归隐的主题，文中赞美民间的田园生活，山水景色使人心旷神怡，是汉赋中罕见的短篇，启导陶渊明《归去来辞》等后世抒发归隐之情的作品，所写自然风景欢乐和谐，也启导王羲之《兰亭集序》等后世文章，文中道家思想鲜明，可说是后世玄言诗的先驱。

张衡是一位承前启后的赋家，他在辞赋在句式、结构布局上的创变，以及在题材、小品化、语言风格、结构立意上的新探索，深深影响着汉末魏晋的辞赋创作。

诗歌

张衡是在班固之后创作五、七言诗的著名文人，并且取得重要成就。他的《同声歌》以新娘向新郎的倾诉为内容，刻画出新婚的优美。在手法上明显借鉴了民歌，措辞奇妙，兴寄高远。张衡的《四愁诗》是经过改造的骚体，骚体整齐化之后而形成的七言诗。全诗皆为七言句，除每章首句中间有“兮”字外，其余都是标准的七言诗句。

张衡的五、七言诗在技巧上较之班固有明显提高,他运用这两种新的诗歌样式已经得心应手。班固、张衡对乐府诗都有所继承，但继承的方面不同。乐府诗或朴素质实，或缛丽华美。班固五、七言诗继承的是前一种风格，张衡的五、七言诗则沿着缛丽华美的方向发展。班固的五、七言诗以叙事为主，张衡的五、七言诗则长于抒情。自张衡始，东汉文人五、七言诗形成了以抒情为主的基本走势。

在政治上，张衡坚持批判现实，对宫廷政治的污浊奸诈深感忧愤，反对王侯贵族的奢侈生活。他受道家思想影响，主张无为，有人生无常、遁隐厌世的思想，企图超越世俗生活，其宇宙论也体现道家观念，晩期作品《思玄赋》道家倾向更强。张衡继承了西汉儒家董仲舒的灾异、天人感应之说，认为星象变异和地震等灾异，是上天对世人和朝廷的谴告，这促使他制造更精密的仪器去认识宇宙和侦测地震，以察知天意；但他反对谶纬预言，曾上《请禁绝图谶疏》，指出图谶弄虚作假，为迎合当权者而伪造。他推崇西汉扬雄的《太玄》，认为“玄”是宇宙的根本原理，《太玄》一书深奥而难以理解。他相信天上有许多神、星神、四方神、天皇等等，不但天上有神，山林原野都有神灵，天体的组织，则与地上朝廷政府的组织相对应，月亮上有蟾蜍，由嫦娥所变，星星会影响人的命运。张衡熟悉“风角”之术，认为可透过观风而知祸福，相信占卜，宇宙间有某种神秘力量，绝非所有事物都可用理性解释。

除浑天仪和候风地动仪以外，张衡还发明了指南车、“独飞木雕”和机械日历，并改良了漏刻的构造。指南车是双轮马车，内置齿轮装置，即使行驶时多次转向，车上人像亦永远指向正南；张衡所造指南车在汉末战乱中被毁。自飞木雕是一只木鸟，有羽翼，腹内有机械，能飞起，张衡《应间》曾提到这只能飞的木雕：“木雕犹能独飞”。李约瑟推测自飞木雕以弹簧为动力，有推动直升陀螺的螺旋桨。张衡在漏刻使用虹吸管（称为“玉虬”），代替壶底的漏嘴，并在贮水壶和受水壶之间加入一个补偿壶，使计时更准确；受水壶盖上铸有个小塑像，左手持着可以上下浮动的垂直指示杆（“漏箭”），右手则指向指示杆上的刻度。机械日历“瑞轮蓂荚”像浑天仪一样，都是水力推动的，能显示月相和朔望月的天数。

张衡重要的数学著作《算罔论》至唐代已佚失。目前他的数学成就只能根据后人引述才能窥见一二。130年前后，张衡完成推算圆周率。据三国时刘徽《九章算术注》，张衡认为立方体及其内接球体积之比，是8:5，由立圆术公式推求圆周率，得出圆周率是10的平方根。南北朝祖暅《浑天论》则认为张衡提出的数字为736/232=3.1724。张衡的圆周率数字颇为粗疏，西汉末年刘歆指出圆周率为3.1547，已比张衡更准确。另有学者认为文献有衍文，张衡的数字其实是较准确的730/232=3.1466。张衡对圆周率的计算并非倚靠实测，是基于理念，仍有开创性贡献。

崔瑗：① 数术穷天地，制作侔造化。② 于惟张君，资质懿丰，德茂材羡，高明显融。焉所不学，亦何不师，盈科而逝，成章乃达。一物不知，实以为耻，闻一善言，不胜其喜。包罗品类，禀授无形，酌焉不竭，冲而复盈。廪廪其庶，亹亹其几，膺数命世，绍圣作师。苟华必实，令德惟恭，柔嘉伊则，孝友祗容。允出在兹，维帝念功，往才女谐，化洽民雍。愍天不吊，降此咎凶，哲人其萎，罔不时恫。纪于铭勒，永终誉兮，死而不朽，芳烈著兮。

祢衡：南岳有精，君诞其姿；清和有理，君达其机。故能下笔绣辞，扬手文飞。昔伊尹值汤，吕望遇旦，嗟矣君生，而独值汉。苍蝇争飞，凤凰已散，元龟可羁，河龙可绊。石坚而朽，星华而灭，惟道兴隆，悠永靡绝。君音永浮，河水有竭。君声永流，旦光没发。余生虽后，身亦存游，士贵知已，君其勿忧。

夏侯湛：奕奕张生，秉德淑清。研深综理，思俊才英。实掌天地，幽赞神明。冠曩兴美，倾汉流声。匪唯天象，亦垂人文。有炳其犹，有铄其新。仰鉴遗籍，驰心哲人。殊世投好，百载交神。奉命南邦，行出尔涂。（阙一字）及隧首，辍驾前衢。徘徊崇碑，逍遥故墟。企仰网瞻，长怀焉如。昔在先贤，唯德作友。古而无死，愿言携手。世则兹泯，道乃（阙二字）。在珠咏隋，于璧称和。戢宝无雕，人寿几何？望兼京台，思逾俟河。

范晔：①崔瑗之称平子曰’数术穷天地，制作侔造化‘。斯致可得而言欤！推其围范两仪，天地无所蕴其灵；运情机物，有生不能参其智。故知思引渊微，人之上术。记曰：’德成而上，蓺成而下。‘量斯思也，岂夫蓺而已哉？何德之损乎！② 三才理通，人灵多蔽。近推形算，远抽深滞。不有玄虑，孰能昭晰？③ 若李固、周举之渊谟弘深，左雄、黄琼之政事贞固，桓焉、杨厚以儒学进，崔瑗、马融以文章显，吴祐、苏章、种暠、栾巴牧民之良干，庞参、虞诩将帅之宏规，王龚、张皓虚心以推士，张纲、杜乔直道以纠违，郎顗阴阳详密，张衡机术特妙，东京之士，于兹盛焉。

王夫之：何休、郑玄之治经术，京房、襄楷、郎顗、张衡之论治道，始以鬼魅妖孽之影响乱六籍。而上动天子，下鼓学士，曰此圣人之本天以治人也。

白寿彝：张衡是中国历史上一个伟大的科学家和文学家。他的文学创作反映了他在仕途生活中遭受的曲折和坎坷，他在辞赋、诗歌和散文等方面都有优秀的业绩，表现了独创性。

郭沫若：张衡（79－139）东汉末叶杰出的文学家，他的两京赋在汉代文学中有优越地位。但在天文方面，他也有独到成就。年四十时（公元117年）制成浑天仪，以观察天体运行。其后十五年，又制成候风地动仪，以测候地震。如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见，万祀千龄，令人敬仰。

竺可桢：张衡不但对于天文有很好的成就，他还发明了候风地动仪。同时他也是有数的文学家和艺术家。他死后崔媛为之撰碑说他“数术穷天地，制作侔造化”。无疑地像张衡这样的人，在任何时代、任何国家，统可成为一个风毛麟角的人物。

严济慈：精仪揭天地，科圣著千秋。

张衡原有文集，今已散佚。《汉诗》辑录有其诗歌九篇。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷，久佚。明人张溥编有《张河间集》，收入《汉魏六朝百三家集》。《全后汉文》卷52—55辑录有其诗赋奏疏。上海古籍出版社出版有今人张震泽注《张衡诗文集校注》。

张衡现存作品可分类如下：

足绘怪兽

《历代名画记》记载了一个关于张衡用“足趾画怪兽”的传说：张衡听说建州浦城水中有豕身人首的怪兽，于是前往画它。但这个怪兽怕人画它，所以潜在潭中不出来。张衡于是扔掉纸笔，怪兽就出来了，他悄悄地用足趾画下怪兽的行状。用足趾写生虽然是传说，但也可见当时张衡的画名是不低的。

张衡墓位于河南省南阳市北25公里石桥镇南小石桥村西20米处。据史料记载，汉代时陵园建造宏伟，翁仲、石兽对立，祠庙巍峨壮观。后经战乱，以往胜迹荡然无存。1956年，重修张衡墓园与“平子读书台”。墓园面积12000多平方米，墓室封土高8米，周长79米，在高大的古墓周围遍植松柏。墓前的明、清石碑加盖了碑楼，于墓前立方碑1座，碑文为郭沫若撰写。墓北读书台遗址，亦重新建台立碑。张衡墓为国务院全国重点文物保护单位。

1986年，依托张衡墓园的张衡博物馆成立。张衡博物馆占地一万五千平方米，建筑风格肃穆典雅，主建筑大拜殿为仿汉形制，殿内用雕塑、图片、文字、模型等形式向大家展示了一代圣贤光辉灿烂的一生；大拜殿的两侧是张衡最伟大的两大发明的雕塑，东边是浑天仪，展示了张衡在天文学上的伟大成就；西边是地动仪，是张衡在人类地震预报中的惊世之作；大拜殿后，是松柏掩映下的张衡墓冢。墓冢为黄土封丘，高约8米，周长80米，四周是用青灰砖垒砌的八角形十字花眼围墙。

中华人民共和国邮电总局在1955年发行了志号纪33的《中国古代科学家（第一组）》纪念邮票，全套4枚，其中一枚为张衡纪念邮票。这是第一套素描画邮票，原画作者是著名国画艺术大师、艺术教育家蒋兆和，邮票设计为孙传哲。邮票采用古朴的棕黄色作为衬底，素描人物面部层次丰富，形象栩栩如生，形神兼备，邮票还具有版画的传统风格，画面具有立体感。在人物的底部有说明文字，介绍了张衡的突出贡献。同年，邮电总局又发行《中国古代科学家（第一组）》相同图案的小型张，仍然由孙传哲设计，志号：纪33。此套邮票被评选为“建国三十年最佳邮票”。

1986年，中国人民银行发行了一套中国杰出历史人物金银纪念币（第3组），其中一枚为张衡纪念银币。该纪念币由上海造币厂铸造，为22克圆形银质纪念币，直径36mm，成色90%，发行量为30000枚。纪念币正面图案为中华人民共和国国徽、环刊国名“中华人民共和国”及年号“1986”；背面图案则为张衡，并刊“张衡 公元78-139年”字样，以及“5元”面额。

为了纪念张衡的功绩，联合国天文组织于1970年将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，又于1977年将小行星1802命名为“张衡星”。2003年，国际小行星中心为纪念张衡及其诞生地，将小行星9092命名为“南阳星”。中国天文学会设立“张衡特殊贡献奖”，2002年首次颁发。还有一种铜锌合金的天然矿物亦以张衡命名，即张衡矿。深圳市龙岗区坂田街道华为基地内有张衡路，上海市浦东新区张江高科技园区有张衡路，河南省南阳市卧龙区有张衡大道。安徽省合肥市瑶海区有张衡路。

1983年电影《张衡》：许还山饰演张衡。

2012年电影《汉太尉杨震》：陈兵饰演张衡。

范晔《后汉书·卷五十九·张衡列传第四十九》