探索与发现展厅包含一层的力与机械展区，二层的声光、电磁展区以及二层复层的数学展区和科技读书角，共153件展品,占地面积4446㎡。它展示了影响人类社会发展的大量基础科学知识，以及这些知识在日常生活中的应用。观众通过学习和亲身体验科学原理的发现过程，感受科学发现、发明创造对人类社会发展的深刻影响。
