张衡制造的“指南车”,利用机械原理和齿轮的传动作用,由一辆双轮独辕车组成。车箱内用一种能自动离合的齿轮系统,车箱外壳上层置一木刻仙人,无论车子朝哪个方向转动,木人伸出的臂都指向南方。张衡关于齿轮系统的应用和相对运动的原理,被西方学者赞为“是一切控制论机械的祖先”。
张衡创造的“计里鼓车”,是用以计算里程的机械。据《古今注》记载:“记里车,车为二层,皆有木人,行一里下层击鼓,行十里上层击镯”。“记里鼓车”和“指南车”的制造方法相同,所利用的差速齿轮原理,早于西方1800多年。张衡制造的“瑞轮荚”(即活动日历),内装机关,在一个立轴上装15个拨板,依次分别作用于15个荚,按着应有的时刻升落,利用水力运动,从每月初一起,每天转出一片木叶,15日后每天再转入一片,到月落为止,循环旋转开合,使人们从而获得类似活动日历的效用。这是世界上最早的计时器。
张衡创造的“独飞木雕”是机械飞行器。它是模仿鸟类高空翱翔的又宽又长的滑翔翼型设计,靠腹内施机,加以控制,能飞数里。这一发明制造,比国外的机械飞行器早1500多年。
张衡制造的“候风仪”(即候风铜鸟),是气象学中预测风力风向的仪器。它与西方的候风鸡类似。但西方的候风鸡到12世纪才始见于记载,要比张衡的候风铜鸟晚了1000多年。