上海科技館以“天地、生命、智慧、創造、未來”等五大展館為基本內容，以人、科技、自然三者關系為主題，成為兼具展示與教育、科研與交流、收藏與制作、休閑與旅游等四大功能的新型科技中心。

上海科技館由天地館、生命館、智慧館、創造館、未來館等五個主要展館和臨展館組成，設有地殼探秘、生物萬象、智慧之光、視聽樂園、設計師搖籃、兒童科技園、自然博物等七個展區和立體巨幕、球幕、4D等三個影院。

一層，有表現生物多樣性的“生物萬象”展區，有表現五大洲野生動物原生態展示的“動物世界特展”，有體驗各種地質變化的“地殼探秘”展區，有表現多學科基本原理和典型現象的“智慧之光”展區，有兒童體驗科學樂趣的“彩虹兒童樂園”展區，和強調“好主意”是創意之源的“設計師搖籃”展區。

二層，有突現蜘蛛奇特生活方式的“蜘蛛特展”，有倡導人與自然和諧統一、同生共榮的“地球家園”展區，有表現信息技術引領社會巨大變革的“信息時代”展區和體驗人工智能應用技術飛速發展的“機器人世界”展區。

三層，有揭示人類破解物質和生命之謎的“探索之光”展區，有探索人體奧秘、傳播健康理念的“人與健康”展區和展現人類實現飛天夢想足跡的“宇航天地”展區。在公共空間還有中國古代科技和探索者兩個浮雕長廊，以及院士風采長廊。由IMAX立體巨幕、球幕、四維和太空數字四大高科技特種影院組成了國內建成最早、功能最全的上海科技館科學影城。