在东汉初期，作为有名望家族后裔的张衡（由许还山饰演），因创作《二京赋》而震动了都城。他对古代和现代的知识都有所涉猎，但对官场仕途毫无兴趣，虽屡次被邀请进宫任职却未予理会。对他来说，受到轻蔑对待的自然科学及技术更让他着迷。由于频繁发生的天灾使众多生灵涂炭，这也是这位文人志士最热切期盼实现的目标——救助百姓脱离灾难。他曾目睹过大地震留下的凄凉情景，对欺骗人民的神巫道士深恶痛绝。于是，他广纳师友，专注研究能够预测地震的发生并制造出地动仪。尽管遭逢一些狡诈权势者无端诋毁，又处于权力斗争的中心，张衡仍倾注全部精力于地动仪的设计与改进上，艰难前。