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超过了《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发现了。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，以漏水转之于殿上室内，星中出没与天相应。因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月盈虚，依历开落。”这里又称张衡的浑天仪为浑象。事实上在早期，浑天仪、浑仪和浑象这些名称是混用的，即，凡是表现浑天说的仪器都可以称之为浑天仪或浑仪；而不象隋唐以后，名称逐渐规范，专以观测仪器称仪，而以表演仪器称象。
