記裡鼓車的基本原理和指南車相同，也是利用齒輪機構的差動關係。當年，張衡製造的記裡鼓車可惜沒有較詳細的記載，東漢以後，有關記裡鼓車的記載雖然有些零星的字句，但都太簡略。到北宋時的記裡鼓車製造方法更有改進，《宋史輿服志》記載比較詳細，大體說記裡鼓車外形是獨轅雙輪，車箱內有立輪、大小平輪、銅旋風輪等，輪周各出齒若干，“凡用駕牛大小輪八，合二百八十五齒，遞相鉤鎖，犬牙相制，週而復始。”記裡車行一里路，車上木人擊鼓，行十里路，車上木人擊鐲。總之，指南車和記裡鼓車的形狀雖然在歷代製造時都有些改進，但它的差動齒輪原理可以肯定在1800多年前已經被張衡所應用了。記裡鼓車的記程功能是由齒輪系完成的。車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時轉動，其最末一隻齒輪軸在車行一里時正好迴轉一週，車子上層的木人車上木人受凸輪牽動，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。