上海科技馆永久展区
地下一层是馆内服务设施最集中的公共区域，包括售票大厅、美食世界、休闲走廊和临时展厅。另外，也是在这个区域。
上海科技馆有专门的国外展览场地。场馆位于上海科技馆B1层，面积约1200平方米。水电供应齐全，展区设有专用通道和售票点。
临时展厅是展览展示的理想场所。参展单位可以独立举办，也可以与科技馆合办、协办各类科普展览和科技成果展示。地下一层是上海科技馆一期工程的主展区。设有生物万象、地壳探索、儿童科学乐园、视听乐园、设计师摇篮五大展区，以及四维动感影院。此外，还有APEC主会场、休闲厅、咖啡休息室等服务设施。
生物万象
生物万象展区的景观模仿中国云南的自然风光，向人们介绍生物多样性。在这里你可以欣赏到丰富多彩的生命现象和物种与生态的相互依存，体会到保护自然环境的重要性。
生物多样性主要包括三个层次:遗传多样性、物种多样性和生态多样性。展区分为热带雨林区和石林区两部分，展览面积3000平方米。雨林地区层层生长的热带雨林植物显示了物种的多样性。石林地区的蝙蝠洞、两栖爬行角、微观世界、昆虫园、鸟类王国，体现了生态的多样性。“森林研究站”揭示了基因的多样性，反映了基因技术的前沿成果。
地壳勘探
地壳探测展区通过模拟场景、互动展品/展品、标本、电影、多媒体等综合手段，展示地球是一个无时无刻不在运动的“动态构造体”，有着自身发展演变的规律。展区主要介绍地球在宇宙中的位置和运动状态、地球的物质组成、地球的结构形态、地球的表面形态特征以及上海的自然地理。展览面积2200平方米，分为三个部分，分别是“磁悬浮风信子”、“地壳探测之旅”和“上海自然地理”。以“从太空看地球→探索地球→回到地球表面看地球上的一颗明珠——上海”为主线，阐述了“认识我们人类赖以生存的星球——地球”的展览主题。
彩虹游乐园
彩虹乐园是根据1-12的年龄设计的奇幻儿童世界。通过一系列生动活泼的科技娱乐活动，让孩子们感知外界，观察自然现象，参与科技实践。展区的主题是知识与娱乐、科学与游戏。在轻松愉快的氛围中获得科技启蒙教育，真正让教育寓教于乐。本展区可分为“一园三区”，为儿童休息娱乐的街心花园；1-4岁梦幻森林感知外界，如电动秋千、勇者之路等。5-8岁认识外界的地方，比如小建筑师，植物学等领域的小博士；练习领域为9-12岁参加科技活动，如光控飞行器、视觉交流等。展览面积1200m2。
智慧之光
智慧之光展区以大量互动展品为主要展示手段，展示物理、数学、化学、生物等学科的典型现象，揭示其基本规律和原理，培养参观者的实践能力，了解科学方法和思想，以及科学家孜孜不倦的探索精神。整个展区的布局以“观察自然现象→整理分析典型现象→认识自然规律”为思路。分为序厅、中央活动区、互动展品区，展览面积约1，800 ㎡(含夹层)。
设计师摇篮
设计师摇篮的展览主题是计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)，展览面积800㎡。参观者可以在这里亲自参与一些简单的设计制造活动，体验一些现代设计和先进制造的基础技术，包括(CAD/CAM)、激光记录技术、快速成型技术等。展区设有设计制造区、旅游设计区、设计精品区，主要包括礼品雕刻工位、三维人像扫描制作、柔性流水线、名片贺卡制作工位、MTV制作工位、CAD教室、设计廊等。地上二层是科技馆第二展厅之一，包含地球家园、信息时代、机器人世界、蜘蛛展四个展区。
地球家园
随着人类社会的发展，地球的自然环境受到了越来越严重的影响。工业革命后，由于生产力的快速提高和人口的急剧增加，引发了一系列生态环境问题。可持续发展已经引起了全人类的关注。地球家园展区将通过生态灾害、苏州河变迁、环境知识的展示，回答与可持续发展相关的问题。
信息化时代
信息技术的发展极大地改变了人们的生活、学习和工作方式。各行各业的应用技术不断升级，推动了产业结构的整体调整，整个社会都在转型。展区通过各种实物的展示，使参观者了解信息技术与传统技术的区别，认识信息技术在现代生活、学习和工作中的应用，体验信息时代的社会特征，从而加深对信息社会的认识，愉快地融入快速发展的信息社会。
gizmonauts
基于简单自动化机械的传统机器人技术开始向基于信息技术的现代机器人技术转变。机器人的应用范围渗透到人类活动的各个领域。机器人世界展区让参观者了解到，机器人技术是在各种机器人相关活动中结合多学科技术的综合技术。在里面，游客可以看机器人做操，和机器人比射箭，看机器人跳舞，体验机器人带给你的乐趣。
蜘蛛展厅
蜘蛛展厅门口有六个蜘蛛章节，主要介绍世界各地的蜘蛛。比如毒蜘蛛，蜘蛛习性，蜘蛛产卵方式，蜘蛛生活。地上三层是博物馆新建的二期展厅之一，包含探索之光、人与健康、航天世界三个展区。
探索之光
20世纪，人类创造了超越任何一个世纪的伟大科技成果，深刻改变了人类现有的生产、生活方式和认识世界的观念。这种前所未有的变化不仅极大地推动了社会的发展，也极大地提高了人类的生活质量。如果说“智慧之光”展区反映了19世纪人类对自然科学的认识，那么“探索之光”展区则是反映20世纪科技辉煌的展区。在这个展区里，展示了20世纪最重要的科技成果，包括量子论、相对论、物质结构、基因技术、核能、激光等。
余杭天地
浩瀚的宇宙充满了星辰和神秘，航天是人类永恒的话题。太空飞行的实现可以说是20世纪最伟大的科技创举。航天世界展区规划了航天知识区、航天训练体验区、航天成果展示区、航天剧场四大区域。其目的是让游客在各种体验活动中认识和了解与航天相关的问题。
探索者画廊
“探索者画廊”主要介绍那些在人类历史上留下不朽功绩的科学家及其事迹，重点介绍了20位在过去3000年间用智慧改变人类对世界的认识和生活方式的科学家。一方面强调对推动科学文明发展具有划时代意义的关键人物，另一方面也适当考虑了古今中外历史悠久、科学研究门类丰富的特点。