张衡的三大发明有地动仪、指南车、改进版的浑天仪。

地动仪是张衡创造的传世杰作，是用于测试地震方位的仪器。地动仪有八个方位，每个方位上都有一个含着珠子的龙头，在龙头的下方分别对应着一只蟾蜍，当有地震发生时，其对应方向的龙头口中的龙珠就会落入蟾蜍的嘴中，由此就可推测出地震的方位。

指南车的制造是利用了机械原理以及齿轮的转动作用，由一辆双轮独辕车组成。无论车身朝着哪个方向，车上的木人伸出的手臂都会指向南方。

改进版的浑天仪是张衡在耿寿昌发明的浑天仪的基础上发明的一个比以前的更精准更全面的浑天仪。主要是用于测量天体球面的坐标，在古代是用于演示天象的仪表。