中国科技馆设有“科学乐园”“华夏之光”“探索与发现”“科技与生活”“挑战与未来”五大主题展厅、公共空间展示区及球幕影院、巨幕影院、动感影院、4D影院等四个特效影院，其中球幕影院兼具穹幕电影放映和天象演示两种功能。此外，新馆设有多间实验室、教室、科普报告厅、多功能厅及短期展厅。

中国科技馆以科学教育为主要功能，通过科学性、知识性、互动性相结合的展览展品和参与体验式的教育活动，反映科学原理及技术应用，鼓励公众探索实践，不仅普及科学知识，而且注重传播科学思想、科学方法和科学精神。在开展基于展览的教育活动同时，还组织各种科学实践和培训实验，让观众通过亲身参与，加深对科学与技术的理解和感悟，激发对科学的兴趣和好奇心，在潜移默化中提高科学素质。