地动仪的内部构造，大体是这样的：在仪器樽形部分的中央，竖立着一根很重的铜柱，铜柱底尖、上大，张衡叫它做“都柱”。在都柱的四周围连接了八根杆子，杆子按四面八方伸出，直接和八个龙头相衔接。这八根杆子就是今天机械学上所说的“曲横杆”。
平时地动仪平稳地放着，都柱也垂直竖立在仪器的中央。但因为都柱上粗下细，重心高，支面小，像一个倒立的不倒翁，这样就极易因受震动———即便是微弱的震动———而倾倒。遇有地震发生，譬如东方发生地震，东面的地壳自然发生波动，震波影响都柱，易于倾倒的都柱自然倒向地壳震动的方向。沉重的都柱向东倒去后，于是推动了东方的横杆，横杆推开含有铜球的东面的龙嘴，龙嘴因而吐出了铜球。
张衡陵园