下面分別述說《靈憲》一文中的天文學成就。
第一，
論述了宇宙的起源和宇宙的結構。關於天地的生成問題，《靈憲》認為天地萬物是從原始的渾沌未分的元氣發展來的。元氣最初渾沌不分，後來才始分清濁，清氣和濁氣相互作用，便形成了宇宙。清氣所成的天在外，濁氣所成的地在內。這種天體演化思想，是從物質運動的本身來說明宇宙的形成，認為宇宙結構不是亘古不變的，而是不斷發展變化的。這些觀點，與現代宇宙演化學說在基本原理上是相通的。第二，
月食的成因。在渾天說的基礎上，科學地闡述了月食的原因。張衡在《靈憲》中寫道："月光生於日之所照；魄生於日之所蔽。當日則光盈，就日則光盡也。"(大意為：月亮本身是不發光的，而是太陽光照射到月亮上，月亮才折射出光，太陽光照不到的地方則出現虧缺，正所謂"月有陰晴圓缺"。如果月亮進入地影──張衡將地影取名叫"暗虛"，就會發生"月食"。)可見，《靈憲》對月食原因的解釋是很科學的。第三，
宇宙的有限性和無限性。雖然張衡把天比作一個雞蛋殼，把地比作蛋殼中的雞蛋黃，但他並不認為硬殼是宇宙的邊界。關於宇宙的有限性和無限性，一直就是古今中外天文學界長期爭論的一個問題。張衡在撰寫《靈憲》時，受到了楊雄《太玄經》中一些天文觀點的影響，但在宇宙的無限性上卻沒有遵循楊雄觀點，而是自有見解。張衡認為，人們目之所及的宇宙世界是有限的，但在人們目之所及之外呢，就"未之或知也。末之或知者，宇宙之謂也。宇之表無極，宙之端無窮"。第四，
測日和月的平均角直徑值。張衡實測出日、月的角直徑是整個周天的1／736，轉換為現行的 360度制，即29度21分"，這與近代天文測量所得的日和月的平均角直徑值31＇59"和31＇5"相比，絕對誤差僅有2＇。囿於兩千多年前的科學技術水平及觀測條件，這個數值可以說是相當精確的。第五，
重製載星三千的新星表。張衡在認真觀察天體的基礎上，對前人留傳下來的好幾種星表作了整理、匯總，建立了恆星多達三千的新星表。據《靈憲》載，其中"中外之官常明者百有二十四，可名者三百二十，為星二千五百，而海人之占未存焉"。張衡所制星表，不僅大大超於前人，也為後世所不及。漢末喪亂，張衡所制星表失傳。晉初陳卓建立的星表，有星1464顆，僅為其半。直到清康熙年間，用望遠鏡觀察，方過三千之數。可見，張衡星表的亡佚，是我國天文史上的重大損失。第六，
五星的運動。關於五星的運動問題，張衡提出：日、月、五星是在天地之間運行，而非在天球壁上運行。並且，這七個天體運動的速度各不相同，"近天則遲、遠天則速"。所謂天，是指構想中的天球壁，也就是說距地近則速度快，距地遠則速度慢。按照五星距地的遠近及運行的遲速，他將五星分為兩類：水、金二星，距地近，運動快，附於月，屬陰；火、木、土三星，距地遠，運動慢，附於日，屬陽。他繼承傳統，將星體運行方向分為順行、留和逆行，雖然這種觀點是錯誤的，但他試圖追索天體運動的力學原因的探求方向卻無疑是正確的。張衡雖然還不知道行星，包括地球都是繞太陽而行的，但他確實已經發現行星運動的速度與運轉中心體的距離有關。可惜，這種正確的思想沒有引起後世的足夠重視，而在很大程度上限制了中國天文學的發展。直到17世紀，克卜勒在哥白尼太陽系學說的基礎上，指出行星運動的三大規律，而其中之一，便是行星速度和公轉周期決定於行星與它運轉中心體太陽之間的距。《靈憲》是我國古代天文學史上最傑出的天文學著作之一，也是我國天文學發展到達一個新高度的里程碑，雖然其中還有一些錯誤和不足，但在天文學史上的意義並不因此而遜色。
