地動儀是銅鑄的，形狀像一個酒壇，四周鑄著八條龍，龍頭對著東、南、西、北、東南、西南、東北、西北8個方向。龍嘴是活動的，都銜著一顆小銅球。每一個龍頭下面，又放了一個張大了嘴的銅蛤蟆。要是哪個方向發生了地震，正好對著這個方向的龍嘴會自動張開，銅球恰好落在銅蛤蟆嘴里。
地動儀制成后，安置在當時的京都洛陽。在公元138年的一天，洛陽和往常一樣，周圍并沒有什么動靜，但正對西方的龍嘴突然張開，銅球落了下來，說明洛陽的西方發生了地震。可是洛陽人卻沒有感覺到，一些學者和官僚們紛紛議論，有的人還譏笑張衡的地動儀不靈。
過了幾天，隴西(現在的甘肅省西南部)有人來報告，那一天當地發生了地震，大家才贊嘆地動儀真是靈敏、準確。 張衡發明的地動儀，開創了人類使用科學儀器測報地震的歷史。
長期以來，中外科學家一直給予極高的評價，認為它是利用慣性原理設計制成的，能探測地震波的主沖方向。在科學技術還很落后的2世紀初能做到這一點，確實是難能可貴的。它比歐洲創造的類似地震儀，早了1700多年。