学家哥白尼提出了太阳中心说又经17世纪德国天文学家开普勒现了行星运动三定律以后才得到科学解释的。比哥白尼早了14个世纪的张衡完全不可能达到他们那样的程度。但是他根据他那个时代所积累的天文观测和日常经验加上他自己的天才对行星运动的规律作出了自己的猜测。

张衡在《灵宪》中说：“文曜丽乎天其动者七日、月、五星是也。

周旋右回天道者贵顺也。近天则迟远天则。行则屈屈则留回留回则逆逆则迟迫于天也。”他认为行星的右旋是一种自然规律——天道。他又因为天本身是从东向西运动的所以又提出越靠近天行星的运1《开元占经》卷一。

动所受到天的影响也就越大（“迫于天”）这就可以解释行星度为什么会放慢下来甚至可以完全停止乃至倒退（逆行）。这种天的影响力使行星度生变化的想法是对控制天体运动的力的一种思辨性解释。张衡的解释是早期中国天文学史上探求天体运动变化的物理机制的最后一个企图。这种企图由于整个科学展状况的条件限制在古代中国就没有可能得到展和解决。正因为如此张衡的解释努力应得到后人的钦佩而不因其牵强不科学而忽视。

五星中火、木、土三行星离太阳比离地要远。金、水二星则离太阳比离地要近。前三者称为外行星后二者称内行星。张衡当时还不能测定行星与太阳的距离他当然无法说出何为内行星何为外行星（这问题也是哥白尼开始才解决的）。但是他已经知道三外行星度比太阳（实即地球）慢而二内行星则比太阳快。他还观测到“行迟者觌于东”即三行星都是先在早晨从东方地平线上出现。以后太阳离它越来越远过相当时间后太阳反从西面赶上外行星终于使它在黄昏时被淹没在太阳光中。直到太阳赶过它相当远后它又在早晨出现在东方地平线上。而内行星则不同它不但会在早晨出现于东方地平线上也会在黄昏出现在西方地平线上以后仍然在黄昏消失于太阳光中。因此张衡称之为“行者觌于西”。于是他借用阴阳观念说道：“觌于东属阳”“觌于西属阴”。并且用“日与月此配合也”把五星分成二类：“摄提（木星）、荧惑（火星）、地候（土星）见晨附于日也。太白（金星）、辰星（水星）见昏附于月也。二阴三阳参天两地故男女取焉。”虽然没有内、外行星的概念但两者是区分得清清楚楚的。而且其中终究运用了某种距离的概念这是在中国古代天文学中极为少见的。循此以往未必不能展出正确的概念来。很可惜的是以后再没有人往这个方向去努力。

关于恒星关于恒星张衡认为是：“地有山岳以宣其气精种为星。星也者体生于地精成于天。”这个见解当然是错误的它是当时已流行了数百年的天地对应思想的反映。《灵宪》中就说到：“在天成象在地成形。天有九位地有九域；天有三辰地有三形；有象可效有形可度。情性万殊旁通感薄。自然相生莫之能纪。”这种尺地之间的对应纯粹是附会的是毫无道理的。例如天的九位（九天）和地的九域（九州）全都是人为的划分。这种对应纯属数字偶合。不过话得说回来《灵宪》所说的星“体生于地精成于天”的话却也不是全无原由的。《灵宪》又说到“夫三光同形有似珠玉神守精存丽其职而宣其明；及其衰神歇精于是乎有陨星。然则奔星之所坠至地则石矣。”因为天上坠落的星星（陨星）掉到地上的都见到是石头（陨石）所以使古人起了错觉认为星星原是地上之物。那么为什么会升到天上的呢？这就自然会解释成是地上山岳（山多石头）的精气上升就成为星而星星陨落也自然是“神歇精”的结果了。因此不管这种解释是多么的荒谬但却反映了古人对陨石的观察。要知道在欧洲一直到十七世纪还不认为陨石是从地球以外的空间掉入地面的。关于恒星《灵宪》还说到它们的命名计数：“众星列布其以神著有五列焉是为三十五名。一居中央谓之北斗四布四方为二十八宿中外之官常明者百有二十四可名者三百二十为星二千五百而海人之占未存焉。征星之数盖万一千五百二十。”这里给出的星官命名数和星数都大大过了《汉书·天文志》的记载。这篇写作时代离张衡不远的志文中也有个数字：“凡天文在图籍昭昭可知者经星常宿中外官凡百一十八名积数七百八十三星。”可见张衡在当太史令的期间是亲自做过恒星的观测、命名、综合（其他前人所定的星官）和计数工作的。张衡所定的星官体系甚至比后来三国时陈卓综合石氏、甘氏和巫咸三家星官而成的星官体系还要庞大。后者只有星官283官星数1464星。可惜的是《灵宪》中没有记录下张衡星官的详情其他可能记下详情的张衡著作也未有留存。不过近年有人在南宋郑樵编的《通志·天文略》中找到了一些张衡关于某些星官的描述及其星占文字的残篇。只是郑樵是按《步天歌》星官系统——陈卓系统的重新组合——来写的所以只有与上述283官相合的张衡星官才会被引入《通志》。至于这个体系之外的张衡星官那就只有寄希望于未来的考古现了。此外张衡所说的征星之数则并不是实际观测的结果（在整个星空中人眼所能看到的恒星总数不过6千多颗其中还包括了南极附近中国古代所一直看不见的天区中的恒星）而是从《易·系辞》中说的“万物之数”来的。这是天地对应思想的又一个反映。

浑天仪张衡所作的浑天仪是一种演示浑天说的仪器故有此名。

《晋书·天文志》中记载了一段葛洪论天的话其中说到：“张平子既作铜浑天仪于密室中以漏水转之。令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：‘璇玑所加某星始见某星已中某星今没’皆如合符也。”既然是在密室中用的当然不可能是观测天体的仪器而只能是一种演示仪器。这件仪器的细节在《晋书·天文志》的“仪象”中有更具体的记载：“张衡又制浑象具内外规、南北极、黄赤道列二十四气、二十八宿中外星官及日月五纬