作为上海市最主要的科普教育基地和重要的精神文明建设基地，上海科技馆以“自然·人·科技”为主题，以促进全体市民科学文化素质、提高城市综合竞争力为宗旨，融展示与参与、教育与科研、合作与交流、收藏与制作、休闲与旅游于一体，以学科综合的手段及寓教于乐的方式，使每个来参观的观众能在赏心悦目的活动中，接受现代科技知识的教育和科学精神的熏陶。
上海科技馆目前对外开放有：表现生物多样性的“生物万象”；体验各种地质变化的“地壳探密”；展现现代影视技术的“视听乐园”；强调“好主意”是创意之源的“设计师摇篮”；儿童体验科学乐趣的“儿童科技园”；表现多学科基本原理和典型现象的“智慧之光”；倡导人与自然和谐统一、同生共荣的“地球家园”；表现信息技术引领社会巨大变革的“信息时代”；体验人工智能应用技术飞速发展的“机器人世界”；揭示人类破解物质和生命之谜的“探索之光”；探索人体奥秘、传播健康理念的“人与健康”；以及展现人类实现飞天梦想足迹的“宇航天地”展区等12个展区。另外，还有突现蜘蛛奇特生活方式的蜘蛛展，体现我国古代创造发明的中国古代科技长廊、表现中外著名科学家的探索者长廊。位于延安东路260号自然博物分馆内，有展现生命进化历程的自然史展区。整体展示面积为6.55万平方米。
上海科技馆建有4个特种影院，分别是巨幕影院、球幕影院、四维影院与太空影院，他们组成了迄今为止亚洲规模最大的科学影城，年放映量可达到8000场次。
2001年10月21日，亚太经合组织（APEC）第九次领导人非正式会议在这里举行，上海科技馆向全世界展示了上海作为国际性大都市的先进文化理念与独特城市精神。
2001年12月18日对外开放以来，这里已成为全国和上海市民、特别是青少年学生学习参观的热点，截至2005年10月底，已经接待参观者826万人次，其中青少年占39%，充分发挥了科普教育和科技展示的功能，赢得了广泛的社会赞誉。
