东莞科技馆一层为制造业科技展厅，展示面积4700平方米，主要展示：制造业科技概览、先进制造技术、机器人、制造业与人和社会（即产业链，包括计算机、电话机和手机、电视机、照相机、服装、鞋、智能玩具等七个支柱产业和拳头产品产业链）。
二层为信息与高新技术展厅，展示面积3000平方米，主要展示：信息科技概览、信息科技基础、网络时代、虚拟世界、综合应用、生命与环境、材料与能源、航空航天与航海。
地下一层为启蒙科技展厅，展示面积600平方米，主要展示：力学、电磁学、光学、声学、数学等基础科学。
东莞科技馆还拥有华南地区第一家IMAX球幕影院、4D动感影院及普通电影院兼多功能报告厅，能与欧美同步放映科技大片和故事大片，可举办学术交流、科普会议、教育培训等活动。

东莞科学馆设有多个科普展厅和活动场所，是融科学性、知识性、趣味性于一体的重要社会科普教育阵地。其主要科普设施有：
地震科普展厅：设有一个直径为3米可旋转的地球仪，在地球仪上，通过LED灯的演示，让观众对全国地震带的分布一目了然。展厅共分为地震百科、建筑抗震、地震来了怎么办等8部分地震科普知识展区。
临时科普展厅：根据社会热点举办专题性临时科普展览，并到东莞市各镇区、社区、企业、学校进行巡展活动。
常设科普展厅：设有基础科学、运动与健康、公共安全和益智玩具4个专题展区，并于2010年新增设光学展区，共有展品100多件。
天文科普展厅：配有日、月、地三球仪、天球仪等20多件天文科普展品，将天文知识与现代科技融为一体，通过声、光、电等多种形式将深奥、抽象的天文知识形象地展示给观众。
模拟星空影院：目前是东莞市最大的模拟星空天文设施，天幕直径达11米。通过天象仪的不断旋转，将观众带进繁星闪烁的夜空，在瞬间感受昼夜交替，四季变迁和各种罕见的天文现象。
天文台：设在科学馆顶层，拥有KN-154型全自动跟踪折射式天文望远镜和美国Meade12寸天文望远镜，并配有计算机自动找星系统、高级数码相机、屏幕显示系统和多台小型天文望远镜。