记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机构的差动关系。当年，张衡制造的记里鼓车可惜没有较详细的记载，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然有些零星的字句，但都太简略。到北宋时的记里鼓车制造方法更有改进，《宋史舆服志》记载比较详细，大体说记里鼓车外形是独辕双轮，车箱内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，“凡用驾牛大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而复始。”记里车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，车上木人击镯。总之，指南车和记里鼓车的形状虽然在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以肯定在1800多年前已经被张衡所应用了。记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的。车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人车上木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。