Mit seiner hohen Zahl an wertvollen Originalexponaten ist das Deutsche Museum eines der bedeutendsten naturwissenschaftlich-technischen Museen weltweit. Die Sammlungen sind dabei nicht auf einen speziellen Themenbereich begrenzt, sie enthalten Objekte vom Bergbau bis zur Atomphysik, von der Altamira-Höhle bis zum vergrößerten Nachbau einer menschlichen Zelle. Die zeitliche Spanne reicht von der Steinzeit bis zur Gegenwart. Rund ein Viertel der Sammlung ist in den Ausstellungsräumen zu sehen, im Haupthaus auf der Museumsinsel, im Verkehrszentrum auf der Theresienhöhe, in der Flugwerft in Schleißheim und im Deutschen Museum in Bonn. Darunter befinden sich zum Beispiel der erste Fischer Dübel, das erste Auto, das Karl Benz baute, das U-Boot „U1“ und das erste Motorflugzeug der Gebrüder Wright. Insgesamt findet der Besucher Informationen zu über 40 Themen. Die Ausstellungen entstehen aus der Symbiose von Sammlungen, Fachwissen, Forschung, Architektur und Gestaltung und sind das wirkungsvollste Forum des Deutschen Museums. Die laufend erneuerten, in vielen Bereichen interaktiven Darbietungen vermitteln Informationen über Naturwissenschaft und Technik aus Geschichte und Gegenwart.
Neben der ständigen Ausstellung bietet das Deutsche Museum laufend Sonderausstellungen zu aktuellen Themen aus Wissenschaft, Technik und Forschung an. Schwerpunkte liegen auf Naturwissenschaft, Werkstoffe und Produktion, Energie, Verkehr, Kommunikation und Information sowie den pädagogischen Einrichtungen des Kinder-Museums. Neue Projekte befassen sich mit spannenden Fragen wie „Kann man Gesundheit züchten?“, „Wird mein Kühlschrank bald mit dem Telefon sprechen?“, „Führt Gendiagnostik zu einem neuen Menschenbild?“. Neue Technologien verändern unsere Welt. Ergebnisse der Bio- und Nanotechnologie werfen weit reichende Fragen auf, für die die Gesellschaft oft noch keine Antwort hat. Kontrovers diskutierte Fragen und neueste Forschung zeigt das Zentrum Neue Technologien. Besucher reisen mit dem Rastertunnelmikroskop in die Nanowelt und analysieren ihre DNA oder sehen einem Nanoforscher bei der Arbeit zu. Das Motto: Nur wer Bescheid weiß, kann Einfluss nehmen.