El museu és un centre de recerca sobre la història i la ciència de l'aviació i els vols espacials, així com la ciència planetària i la geologia terrestre i la geofísica. Gairebé totes les naus espacials i avions que s'exhibeixen són naus primàries o de reserva originals (en lloc de facsímils). La seva col·lecció inclou el mòdul de comandament Apollo 11 Columbia, la càpsula Friendship 7 que va volar John Glenn, el Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh, el Bell X-1 que va trencar la barrera del so, el model de la nau estel·lar Enterprise utilitzat en el programa de televisió de ciència ficció Star Trek: The Original Series i l'avió Wright Flyer dels germans Wright prop de l'entrada.