水运仪象台高约12米，宽约7米（图1），是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。全台共分3层。①上层是一个露天的平台，设有浑仪一座。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭。露台到仪象台的台基有七米多高。②中层是一间没有窗户的密室，里面放置浑象。天球靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的起落等天象的变化。③下层包括报时装置和全台的动力机构等。在机械结构方面，采用了水车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械的原理。机械传动装置是水运仪象台的心脏。用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，各个报时装置便会按部就班地动作起来。因擒纵器的控制，输出等间歇运动，使整个仪器运转均匀。传动装置中除使用了齿轮外，还在世界上首次使用了链传动。下层中安排有百余个小木人，它们各司其职：每到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器，报告时刻、指示时辰。

图1　水运仪象台结构图

苏颂（图2）关于水运仪象台的著作《新仪象法要》曾被许多历史学家研究。国际上高度评价水运仪象台，认为它形象地演示了天象的变化，是现代天文台的跟踪器械的祖先。其中首创的擒纵机构是后世钟表的关键部件，因此英国科学家李约瑟（Joseph Needham，1900～1995）认为它“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。中外学者自1958年以来多次研制水运仪象台的复制模型。

图2　苏颂画像