《后汉书·天文志》中介绍的天文学要点如下：
张衡认为宇宙是无限的，天体的运行是有规律的；月光是日光的反射，月蚀起因于地遮日光，月绕地行且有升降。
他认识到太阳运行的某些规律，正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。
他指出在中原可以见到的星有两千五百个，与今人所知略近。
他经过对某些天体运转情况的观测，得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论，与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。
张衡掌握高明的机械技术，据传他当时还制做过两件神奇的器物。
一件是有三个轮子的机械，可以自转；一件是一只木雕，能在天上飞翔。
关于木雕，《墨子·鲁问》就有记载：“公输子削竹木以为鹊。成而飞之，三日不下。”
《列子·汤问》和《韩非子·外储说》都记载说，墨子本人也造过能飞的木鸢。
这些木鹊或木鸢是一种鸟状的风筝。
因为当时还不可能有连续运行一日乃至三日之久的动力机。
北宋类书《太平御览·工艺部九》引《文士传》中一段记载说：“张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里。”
关于三个轮子可以自转的机械，古来就有不同意见。
南宋学者王应麟认为是一种记里鼓车。这种车利用一组齿轮系把大车转动时车轴的运动传递到一个木人的手臂上，使它过一里路时敲一下鼓。
总之，张衡在机械技术方面非常高明。《
太平御览·工艺部九》引晋代葛洪《抱朴子》：“木圣：张衡、马钧是也。”
高似孙的《纬略》也说“张衡、马钧号‘木圣’。”
除此之外，张衡还十分擅长画画。