關于地動儀的結構，目前流行的有兩個版本:王振鐸模型(1951年)，即"都柱"是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控制龍口的機關在"都柱"周圍。這一種模型已被基本否定。另一種模型由地震局馮銳(2005年)提出，即"都柱"是懸垂擺，擺下方有一個小球，球位于"米"字形滑道交匯處(即《后漢書·張衡傳》中所說的"關")，地震時，"都柱"撥動小球，小球擊發控制龍口的機關，使龍口張開。另外，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體并充當儀器的腳(見上圖)。該模型經模擬測試，結果與歷史記載吻合。

這兩個模型的基本理論都是錯誤的。張衡地動儀的工作原理是以古代"候氣"的理論，即"葭灰占律"的方式，所以稱為"候風地動儀"。張衡地動儀的工作原理不能用現代知識去詮釋，更不能只關注它的尊體。 "都"即固定，是針對遠古逐水草而居所言，"都柱"即固定的柱，用來感受來自地下的地震波，張衡用"候氣"的原理把這種"波"定義為"風"，所以稱它為"候風地動儀"。"候"，如果是讀過包括《后漢書律歷志》在內的古代文獻，完全能夠理解"候"在這里的含義。 其具體制作方法和工作原理是:在選定的位置深埋入地一根大柱，像遠古人們建房時的草房的中心柱，這個柱子用來感應來自地層的地震波。為了避免地面環境對"都柱"的影響，在適當的深度把柱周圍掏空，或者先掘土井，然后將大柱埋入壓實，距離地面相當距離使柱體與井壁分離，避免來自地面影響對"都柱"的干擾。柱頂收縮為一個有凹面或空心管的頂端。頂端凹面或空心管上置一銅球，銅球直徑和頂端凹面或空心管直徑可以根據靈敏度需要制定，這就克服了"倒立柱"制作中摩擦系數的難題。都柱頂端放置銅球，猶如旗桿頂端的裝飾圓球。在"都柱"開始收縮處，按東、南、西、北、東南、西北、西南、東北八個方向伸出八條軌道。當埋入地下的"都柱"感受到地震波在地層中傳播時，會使都柱產生相應的位移。都柱受力位移，位于都柱頂端的銅球中心偏離重心，向力量來源相反方向脫落，都柱四旁八條伸向不同方向的軌道之一承接并導引向相應方位，觸動龍口機關，龍口所含銅珠吐出，從而判定地震來源方向。

它比歐洲出現地震儀的時間要早一千五百年左右。但由于實物的失傳以及原始文獻記載的簡略，使得今人對其內部結構有不同的理解，這是正常的。但無論如何，張衡的地動儀具有很高的靈敏度，這是大家一致的意見。在此基礎上，通過精心的分析考證、廣泛的學術討論以及合理的模擬實驗，這個問題一定能夠得到解決。

都柱的尺寸推想為高一丈、直徑二尺，這可與總體協調。都柱與尊一樣，都有足 夠的重量，這樣才可以從地震獲取充足的能量，不愁"施關發機"所必需的力不夠大。另外，尊的巨大質量能起到屏蔽作用，減少都柱受到的干擾，防止誤報。地動儀的全部"牙機巧制"則裝設在都柱及其座腳上，這樣符合"都"字本義。銅尊是一個帶蓋的大桶，尊的側壁上對稱地設八個圓孔，孔的直徑略小于銅丸，孔外飾以龍首，孔即為龍的喉，喉外為龍舌，舌有淺窩以置銅丸，銅丸靠在喉孔上，既不會掉入尊內，又把喉孔蓋緊了。龍首和龍體都只是裝飾浮雕。一旦地震，都柱與尊發生相對位移，"施關發機"，龍機將銅丸推出，落入蟾蜍口中，起到報警作用。為了改善蟾蜍的聲學效應，還可以考慮在蟾蜍腹內另設響器，如方響之類，這可以更接近原文所描述的"振聲激揚"的效果。原文中提到的"牙機巧制"，李志超將其復原為兩級放大杠桿。而所謂"關"，則被設計成分立橫棒，一端頂緊前級杠桿的輸入端，一端頂緊尊的上沿。"關"的作用在于當都柱與尊發生相對位移時觸發放大杠桿。

為了與原文"龍機"的說法一致，李志超把推動銅丸的杠桿設計成龍形，讓它的下面有兩條腿(圖上沒有表示出來，因為是在垂直圖畫方向上重疊著的)站在轉軸上，尾巴橫折又上翹，構成受控的牙。它的上身有兩只"手"，是執行自鎖功能的。設置自鎖機構的目的是為了實現原文所說的"雖一龍發機而七首不動"。李志超稱該機構為龍鎖。其結構如圖3所示，是一個懸吊水平環，該環用八條垂直細鉤吊在尊沿上，又用八條水平細鉤牽著都柱，所以只能作小角度轉動，但足夠自由。環上有16個小立柱，每一對小立柱對著一龍的雙"手"，龍"手"是裝在龍體前的一對爪，爪是有斜縫的掌面，在向前運動時嵌入龍鎖小柱，并撥動龍鎖轉一個小角度，于是其余七對小柱與對應的龍爪偏離，就把它們閉鎖住了。在整復時，落丸龍"手"被推復位，也把龍鎖帶動復位。

早在南 北朝時，北齊信都芳撰《器準》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經》，都對之有所記述，并傳有它的圖式和制作方法。可惜的是唐代以后，二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響最大。王振鐸根據前人的猜測，討論了地動儀內部可能有的各種結構，最后推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來，都柱就是倒立于儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿，叫做牙機。杠桿穿過儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后，推動杠桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。(圖右)

推斷:中國歷史博物館陳列的張衡地震儀模型，就是根據王振鐸的設計復原的。但是，也有學者提出不同意見。中國科學技術大學李志超就曾對倒立擺結構提出過異議，他以全新的視角，提出了自己對候風地動儀的理解(參見李志超，《天人古義》，河南教育出版社，1995年版)。中國湖南省南縣職業中專學校教師黃佑軍在教研教改中進行了"教學中的科研"嘗試，對慣性擺結構提出不同意見，他依據古代地聽技術，提出了自己對張衡地動儀的詮釋。