历法辩论，反对依据图谶而制定的「甲寅历」，根据月亮运行有迟疾的规律，以「九道法」为基础提出新历，但没有被朝廷採纳。他提出五星视运动的理论，认为就同一行星而言，其运行轨道与地面时而接近，时而远离，「近天则迟，远天则速」，解释五星运行的或快或慢；运动缓慢的外行星火星、木星、土星，张衡归类为阳，运动较快的内行星水星和金星，归类为阴。张衡没有认识到北极高度会随地点而变化，定出北极高度是36度，他也没有认识岁差，因冬至点难以观测，只从西汉末年所测的旧数值换算，定出冬至点以黄道度量为入斗宿20度，较当时实际情况偏东超过