渾天儀是由張衡發明和使用的。“渾象”是我國古代用來演示天象的一種儀器，它由支架和一個表面遍佈星座的球體組成，類似近代的天球儀。渾天儀是渾儀和渾象的總稱。渾儀是測量天體球面座標的一種儀器，而渾象則是古代用來演示天象的儀表。

“渾”字在古代有圓球的意思。張衡說過：“立圓為渾。”渾儀是由許多同心圓環組成的一種儀器，總體來看好像包在一個圓球裡；渾象則是個真正的圓球。又因渾儀和渾象是反映渾天說的儀器，因而在早期常常統稱為渾天儀。渾儀中有窺管，是一種觀測儀器，其主要用途是測定昏、旦和夜半中星及天體的赤道座標，有時也能測黃道經度和地平座標。渾儀已有悠久的歷史。渾象屬於表演性的儀器，和現代的天球儀相似。

漏水轉渾天儀是有明確歷史記載的世界上第一架用水力發動的天文儀器，在渾天儀中應用到的齒輪機構和凸輪機構十分複雜，它的轉動如果不使用逐漸減速的齒輪系統很難做到，如果使渾象的轉動與地球的週日運動相等，那麼就幾乎可以把當時肉眼能觀測到的天體現象全部表現出來。人們坐在屋裡看儀器，也可以清楚地觀察到日月星辰起落的現象，這在當時的確是一項了不起的創造。後來，在此基礎上，先後經過唐代僧一行、宋代張思訓和蘇頌等人的改進，製造了世界上最早的天文鐘，在中國科技史上又寫下了光輝的一筆。