อาคารพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์เป็นอาคารที่โดดเด่นมากเพราะมีลักษณะเป็นเหมือนนรูปสี่เหลี่ยมลูกบาศก์สามลูกรวางพิงกันอย่างสมดุลเพื่อพยุงและเฉลี่ยการรับน้ำหนัก และเพื่อสะท้อนให้เห็นถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในการก่อสร้างและด้านวิทยาศาสตร์

ฐานในการรับน้ำหนักของอาคารพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์จะอยู่ที่บริเวณมุมแหลมของรูปสี่เหลี่ยมลูกบาศก์ โดยจุดรับน้ำหนักแต่ละจุดสามารถรับน้ำหนักได้ถีง 200 ตัน มีความแข็งแรงเพราะโครงสร้างทั้งหมดประกอบด้วยโครงเหล็ก ด้านในเป็นโครงเหล็กถักแบ่งเป็นหกชั้น สูงเท่าเทียมกับตึกขนาด 12 ชั้น ด้วยอาคารที่มีความลาดเอียงจึงสะท้อนความร้อนได้มากและช่วยทำให้ประหยัดพลังงาน

อาคารพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์เป็นอาคารที่ทันสมัยที่สุดแห่งหนึ่งในประเทศไทย และมักจะปรากฏให้เห็นตามสื่อต่างๆอยู่เสมอ เช่น โฆษณาทีวีต่างๆ เป็นเอกลักษณ์ที่ทำให้ชาวไทยภูมิใจในพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ซึ่งมีความสวยงามด้านสถาปัตยกรรมไม่น้อยหน้าพิพิทธภัณฑ์ชั้นแนวหน้าของโลกเลยทีเดียว

ในส่วนเริ่มแรกจะเป็นทางเข้าภายในพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ โดยเริ่มจากส่วนต้อนรับที่พอเข้ามาแล้วจะได้พบกับโมเดลโลกและดวงดาวขนาดใหญ่ ในชั้นแรกนี้ ยังมีนิทรรศการไฟฟ้าไทยที่พูดถึงการค้นพบวิวัฒนาการของเทคโนโลยีไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้า

จากนั้นเมื่อขึ้นบันไดเลื่อนก็จะพบกับอุโมงค์ให้ลอดผ่านเพื่อนำไปสู่ ประวัติการค้นพบสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จัดแสดงวิวัฒนาการของวิทยาศาสตร์ ในด้านต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นการสื่อสาร พลังงาน โลก และอวกาศ บนแผนผังขนาดใหญ่ นอกจากนั้นยังจะได้พบตัวละครสำคัญของพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ นั่นก็คือ “ลูซี่” ซึ่งจำลองมาจากบรรพบุรุษของมนุษย์ผ่านซากดึกดำบรรพ์ที่ขุดพบในประเทศเอธิโอเปีย

ในชั้นนี้จะเป็นชั้นวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน และพลังงาน ซึ่งเป็นชั้่นที่ผู้มาเยี่ยมชมจะสนุกที่สุด เพราะจะได้ทดลองเล่นปรากฏการณ์ด้านวิทยาศาสตร์ได้ด้วยตัวเอง ในลักษณะ interactive และได้เรียนรู้ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานและพลังงานไปในตัว ซึ่งแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ

โซนคณิตศาสตร์ (Mathematics) รับรู้เรื่องราวของคณิตศาสตร์ เรขาคณิต การนับ ปีทาโกรัส การวัดมุมทางเรขาคณิตในลักษณะต่าง ๆ คำนวณ และฝึกวัดปริมาตร ฝึกการคำนวณวัดระยะทาง ฯ
โซนอุโมงค์พลังงาน (Power Tunnel) จัดแสดงเรื่องบพลังงานในรูปแบบต่าง ๆ ที่มนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ นอกจากนั้นยังมีการจำลองแผ่นดินไหวขนาดเล็กให้ได้สัมผัสอีกด้วย
โซนแรงและการเคลื่อนที่ (Force and Motion) จัดแสดงเรื่องกฎของการเคลื่อนที่ แรงดึงดูดของโลกและกฎของนิวตัน รอก เกียร์ กฎแบร์นูลลี แรงโน้มถ่วง และสนุกไปกับแรงยกตัวของปีกเครื่องบิน
โซนสสาร และโมเลกุล (Matter and Molecular) จัดแสดงเรื่องสสาร และโมเลกุลของสาร โครงสร้างผลึกชนิดต่าง ๆ
โซนเสียง (Sound) จัดแสดงเรื่องเสียงและการเดินทางของเสียงผ่านช่องทางต่างๆ ไฮไลต์อยู่ที่การทดลองพูดผ่านจานรับเสียงขนาดใหญ่ที่อยู่ตรงข้ามกัน
โซนแสง (Light) จัดแสดงเรื่องหลักทำงานของแสง เลนส์ ปริซึม กระจก การหักเหของแสง สีของแสง การเกิดเงาและการทำงานของใยแก้วนำแสง
โซนความร้อน (Heat) จัดแสดงเรื่องความร้อน การนำความร้อน การแผ่รังสีความร้อน ฯ
โซนไฟฟ้า (Electricity) จัดแสดงเรื่องไฟฟ้าในชีวิตประจำวัน ไฟฟ้าสถิต การเปลี่ยนรูปของพลังไฟฟ้า แบตเตอรี่ เซลล์สุริยะ ฯ
โซนแม่เหล็ก (Magnetism) จัดแสดงเรื่องราวของแม่เหล็ก วัสดุที่เป็นสารแม่เหล็ก อำนาจของแม่เหล็กขนาดต่าง ๆ ไดนาโม และมอเตอร์
โซนความเสียดทาน (Friction) จัดแสดงเรื่องแรงเสียดทานและการเคลื่อนที่ ฯ
โซนเคมี (Chemistry) จัดแสดงเรื่องโมเลกุล สสาร พันธะระหว่างโมเลกุล และการเกิดปฏิกิริยาเคมี ฯ

ชั้นนี้จัดแสดงลักษณะของประเทศไทย ประกอบไปด้วย ที่ตั้งและภูมิทัศน์ของประเทศไทย นิเวศวิทยาของประเทศไทย การผลิตทางการเกษตรและอุตสาหกรรม ภูมิศาสตร์ของประเทศไทย และนิทรรศการดาวเทียมธีออสและการสำรวจระยะไกล ความรู้ด้านสิ่งก่อสร้างและโครงสร้าง ความรู้ด้านธรณีวิทยาของประเทศไทย  โครงสร้างโลก และภูมิอากาศ

ชั้น 5 ของพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์นี้จัดแสดงเรื่องราวด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในชีวิตประวัน แบ่ง

ออกเป็น 5 ส่วน ได้แก่
บ้านและสำนักงาน จัดแสดงการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน บ้านพักและสำนักงานสมัยใหม่
ร่างกายและสุขภาพ จัดแสดงเซลล์ ระบบอวัยวะต่าง ๆ ในร่างกาย DNA การผ่าตัด และความก้าวหน้าทางการแพทย์
การคมนาคมขนส่ง จัดแสดงประวัติวิวัฒนาการของการคิดค้นพาหนะประเภทต่าง ๆ จุดที่น่าสนใจคือการจำลองเครื่องบินไม่ว่าจะเป็นฝั่งกัปตันหรือฝั่งผู้โดยสาร คนที่มาชมมักแวะถ่ายรูปเล่นกันที่จุดนี้
คุณภาพชีวิต นำเสนอถึงสภาวะแวดล้อมในชีวิตประจำวันที่ใช้วิทยาศาสตร์ ช่วยสร้างคุณภาพชีวิตของมนุษย์ภายใต้สิ่งแวดล้อมที่มีคุณภาพที่ดีวิสัยทัศน์ต่ออนาคต จัดแสดงวิสัยทัศน์ต่ออนาคตเมื่อมองไปข้างหน้า

จัดแสดงเรื่องราวของภูมิปัญญาไทยที่สืบทอดกันมาตั้งแต่บรรพบุรุษจนมาถึงปัจจุบัน ประกอบไปด้วย ส่วนเทิดพระเกียรติสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิตติ์พระบรมราชินีนาถ เทคโนโลยีการแกะสลัก เทคโนโลยีเครื่องปั้นดินเผา เทคโนโลยีจักสาน เทคโนโลยีโลหะกรรม เทคโนโลยีสิ่งทอ ส่วนวิถีชีวิตหน้าน้ำหน้าแล้ง โรงละครหุ่น และใจบ้าน