Прибор Чжан Хэна состоял из полого шарообразного медного сосуда, внутри которого был вертикально помещен маятник. К маятнику примыкали 8 пружин-рычагов, выведенных наружу. К наружному концу каждого рычага была прикреплена металлическая голова дракона, в пасти которого находился медный шарик.
Малейшее отклонение маятника в сторону под воздействием колебаний земной коры приводило к нажиму одного из рычагов, который в результате изменял свое положение. Рукоятка рычага в виде головы дракона механически открывала пасть, и из нее выпадал шарик, попадавший в рот одной из 8 жаб, размещенных у основания сосуда. По тому, какой из драконов выплевывал шарик, узнавали, в каком из восьми направлений произойдет землетрясение.