O museu é um centro de pesquisa sobre a história e a ciência da aviação e dos voos espaciais, bem como sobre ciência planetária, geologia terrestre e geofísica. Quase todas as suas espaçonaves e aeronaves em exposição são naves originais primárias ou de reserva (em vez de fac-símiles). Sua coleção inclui o módulo de comando Columbia da Apollo 11, a cápsula Friendship 7 que foi pilotada por John Glenn, o Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh, o Bell X-1 que quebrou a barreira do som, o modelo da nave estelar Enterprise usado no programa de televisão de ficção científica Star Trek: The Original Series e o avião Wright Flyer dos irmãos Wright próximo à entrada.