在漢代以前，我國(guó)的宇宙理論，大體分為三種，分別是蓋天說(shuō)、宣夜說(shuō)和渾天說(shuō)。在這三種學(xué)說(shuō)中，渾天說(shuō)在我國(guó)古代一直占據(jù)著主要地位，被認(rèn)為是正統(tǒng)的官方學(xué)說(shuō)。從漢代開(kāi)始以后的千余年中長(zhǎng)期廣泛流行，支配著歷代的天文觀測(cè)和歷法的指定。渾天說(shuō)認(rèn)為地在天之中，天似蛋殼、地似蛋黃，日月星辰附著在天殼之上，隨天周日旋轉(zhuǎn)。為了演說(shuō)渾象并觀測(cè)天體方位，西漢耿壽昌發(fā)明了渾天儀。東漢中期，張衡在前人制作的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，于公元117年設(shè)計(jì)并制造了完整的演示渾天說(shuō)思想的漏水轉(zhuǎn)渾天儀。
漏水轉(zhuǎn)渾天儀的主體是一個(gè)球體模型代表天球。球里面有一根鐵軸貫穿球心，軸的方向就是天球的方向，也是地球自轉(zhuǎn)軸的方向。軸和球有兩個(gè)交點(diǎn)，一個(gè)是北極（北天極），一個(gè)是南極（南天極）。北極高出地平面成36度角，這正是當(dāng)時(shí)東漢首都洛陽(yáng)的地理緯度。在球的外表面上刻有二十八星宿和其它恒星。在球面上還有地平圈和子午圈，天球半露在地平圈之上，半隱在地平圈之上。另外還有黃道圈和赤道圈，互成24度的交角。在赤道和黃道上，各列有二十四節(jié)氣，并從冬至點(diǎn)起，刻分成三百六十五又四分之一度，每度又分四格，太陽(yáng)每天在黃道上移動(dòng)一度。

為了讓渾天儀能自己轉(zhuǎn)動(dòng)，張衡采用齒輪系統(tǒng)把渾象和記時(shí)用的漏壺聯(lián)系起來(lái)，用漏壺滴出來(lái)的水的力量帶動(dòng)齒輪，齒輪帶動(dòng)渾象繞軸旋轉(zhuǎn)，一天一周，與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，就可以準(zhǔn)確地把天象的變化表示出來(lái)，人在屋子里看著儀器，就可以知道某星正從東方升起，某星已到中天，某星就要從西方落下。

漏水轉(zhuǎn)渾天儀是有明確歷史記載的世界上第一架用水力發(fā)動(dòng)的天文儀器。在渾天儀中應(yīng)用到的齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，這中間的轉(zhuǎn)動(dòng)如果不使用逐漸減速的齒輪系統(tǒng)，很難作到。遠(yuǎn)在一千八百多年前的時(shí)候，中國(guó)古人就可以造出這樣復(fù)雜的儀器是很值得自豪的。可惜的是，這套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)沒(méi)有能夠流傳下來(lái)。

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