公元之初的東漢時期，出身大姓世家的張衡（許還山飾）以《二京賦》名冠京華，他學貫五車，淡薄名利，雖三番五次承蒙召見，卻無心仕途。對他來說，為人所輕賤的自然科學和機巧之術似乎有著更大的吸引力，更何況天災貧乏致令生靈涂炭。救人民于水火是他作為讀書人最大的宏愿。張衡曾親眼目睹過地震后災區的慘狀，更憤慨巫師術士對黎民百姓的蒙騙，于是游學四方，訪名師，求高友，潛心研制能夠預測地震的地動儀。與太史令蔡倫共同推進歷法改革期間，他克服銅鑄工藝限制和朝廷保守勢力阻撓，在洛陽靈臺夜觀星象、測算數據，最終完成渾天儀與地動儀的鑄造。當隴西發生地震時，地動儀成功預警并挽救萬千生靈，而張衡卻因揭露災情真相觸怒權貴，在權力斗爭中被迫辭官。