地动仪是铜铸的，形状像一个酒坛，四周铸着八条龙，龙头对着东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向。龙嘴是活动的，都衔着一颗小铜球。每一个龙头下面，又放了一个张大了嘴的铜蛤蟆。要是哪个方向发生了地震，正好对着这个方向的龙嘴会自动张开，铜球恰好落在铜蛤蟆嘴里。
地动仪制成后，安置在当时的京都洛阳。在公元138年的一天，洛阳和往常一样，周围并没有什么动静，但正对西方的龙嘴突然张开，铜球落了下来，说明洛阳的西方发生了地震。可是洛阳人却没有感觉到，一些学者和官僚们纷纷议论，有的人还讥笑张衡的地动仪不灵。
过了几天，陇西(现在的甘肃省西南部)有人来报告，那一天当地发生了地震，大家才赞叹地动仪真是灵敏、准确。 张衡发明的地动仪，开创了人类使用科学仪器测报地震的历史。
长期以来，中外科学家一直给予极高的评价，认为它是利用惯性原理设计制成的，能探测地震波的主冲方向。在科学技术还很落后的2世纪初能做到这一点，确实是难能可贵的。它比欧洲创造的类似地震仪，早了1700多年。