圈上，天球可绕天轴自行转动，与实际天球运动相一致，可预报天体运动情况；其外安装了地平环、赤道环和子午环，内部设置四游环。有学者认为，张衡的浑天仪上面装置了可以眺望天体位置的望筒，兼具演示和观测效用；也有学者认为，此浑天仪没有望筒，只有演示作用，性质上是天球仪。浑天仪每日均匀地绕中轴旋转一周，以滴水为原动力，与漏刻相连，水不断定量而缓缓地流入刻漏的水斗中。水斗原是静止不动的，当注水达到某个份量时，其重量就胜过浑天仪和齿轮的阻力，凸耳使齿轮转动一齿，然后抵住下一齿而再次静止下来，通过齿轮传动而使浑天仪缓慢地旋转