眾所周知，張衡是傑出的科學家。他精通天文歷算，曾經兩度擔任執管天文的太史令；他創造了世界上最早用水力推動的渾天儀和能夠測知地震的地動儀；他還著有《渾天儀圖注》和《靈憲》等科學著作，為我國天文學、機械技術、地震學的發展做出了不可磨滅的貢獻。為了紀念張衡的突出功績，聯合國天文組織1977年將太陽系中的1802號小行星命名為“張衡星”。人們還將月球背面的一環形山命名為“張衡環形山”。
但張衡不僅僅是個科學家。
張衡還是一位大文學家，他的《二京賦》（由《西京賦》和《東京賦》組成）和班固的《兩都賦》堪稱東漢文學的“雙璧”，不但氣勢恢宏，文辭優美，諷喻深刻，具有較高的思想性，而且記述了許多當時的民俗風情，為研究東漢歷史提供了豐富的資料。
他的抒情長詩《四愁詩》感情濃郁，動人心絃，文學史家鄭振鐸先生贊之為“不易得見的傑作”，各位若不信服，請欣賞下面的優美詩句：
我所思兮在太山，
欲往從之梁父艱。
側身東望涕沾翰。
美人贈我金錯刀，
何以報之英瓊瑤。
路遠莫致倚逍遙，
何為懷憂心煩勞。
我所思兮在桂林，
欲往從之湘水深。
側身南望涕沾襟。
美人贈我琴琅玕，
何以報之雙玉盤。
路遠莫致倚惆悵，
何為懷憂心煩怏。
張衡的代表作還有一篇短小精美的《歸田賦》，後世陶淵明的《歸去來兮辭》和《歸田園居》都頗受其影響。
張衡還是我國最早的文人畫家。在他的畫作中，不僅有天文器具畫，還有不少人物畫。他繪製的渾天儀，不僅有重要的科學價值，而且造型優美、生動，是古代藝術的佳作。他在繪畫理論上也頗有研究，他說：“畫工惡圖犬馬而好作鬼魅，誠以實事難形，虛偽無窮也”啊，指出了繪畫重在寫實的實質。
他還研究文字訓詁的學問，著有《周官訓詁》一書。當時崔瑗評價說：廣大學者都對它提不出異議來。
他當過太史令，因而對史學也有許多研究。他曾對《史記》、《漢書》提出過批評，並上書朝廷，請求修訂。他又對東漢王朝的歷史檔案作過研究，曾上表請求專門從事檔案整理工作，補綴漢皇朝的史書。可惜這些上書都沒有得到皇帝大人的允許（當時私自編寫史書是嚴重違法行為）。
張衡雖然在年輕時就已才聞於世，但他卻從無驕傲之心，他的性格從容淡靜，不好交接俗人，也不追求名利。大將軍鄧騭是當時炙手可熱的權勢人物，多次召他，他都不去。後來他雖然在朝廷的徵召之下當了官，卻因為這種性格很長時間不得升遷，但他對此毫不在意，而是孜孜於鑽研科學技術。有的人勸他不要去鑽研那些難而無用的技術，應該“卑體屈己，美言”以求多福，他寫了《應閒》一文作為回應。在文中，他寫道：“君子不患位之不尊，而患德之不崇；不恥祿之不夥，而恥知之不博。”這兩句擲地有聲的話，表明了他不慕權勢利祿而追求道德知識的高尚情操。
張衡雖然淡於名利，卻並非一味清高，不問世事，他內心深處有著自己的政治抱負，那就是：佐國理民，立德立功。而“佐國理民”的具體目標和方法則是改革時弊，加強禮制，剔除奸佞，鞏固中央。
張衡生活的時代正是政治日漸腐敗，宦官在和外戚的鬥爭中逐漸坐大，地方豪強趁中央衰落之際割據一方的東漢中後期，人民遭受著重重剝削壓迫，處於水深火熱之中。對這些社會上的黑暗現象，張衡為國抒難，為民請命，奮力進行抗爭。他曾向順帝上書，諷示近世宦官為禍，要皇帝“惟所以稽古率舊，勿令刑德八柄不由天子”，要求皇帝“恩從上下，事依禮制”；對選拔人才的方法他也提出建議加以改革；在河間國任國相時他還積極進行了抑制豪強的鬥爭。無奈當時皇帝昏庸，朝政腐敗，黑暗勢力強大，東漢政權漸有病入膏肓之象，像張衡這樣的仁人志士雖有殺賊報國之心，卻已無扭轉乾坤之機。
既然不能兼濟天下，張衡只得選擇獨善其身，他逐漸有了消極避世的思想，但內心仍然充滿了矛盾和痛苦，他晚年的詩賦裡大量反映了這種情緒。後人曾把他的《四愁詩》和偉大詩人屈原的《離騷》相比，這並不是沒有理由的。
公元139年，張衡病逝，葬於故鄉南陽。
一千八百多年後，與張衡同樣博學多才成就卓著的郭沫若為張衡墓碑寫下這樣震撼人心的題詞：“如此全面發展之人物，在世界史中亦所罕見。萬祀千齡，令人景仰。”
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