Οι συλλογές του Μουσείου αποτελούνται από περισσότερα των 10.000 επιστημονικά όργανα και τεχνολογικό εξοπλισμό, κυρίως του παρελθόντος, καθώς και 20.000 βιβλία, αλλά και τα πρώτα έπιπλα που υπήρχαν στο κτήριο που το στεγάζει. Τα περισσότερα όργανα και τα βιβλία είναι σπάνια ή και μοναδικά, προέρχονται δε και από το Πανεπιστήμιο Σμύρνης, τα Τμήματα Φυσικών Επιστημών του ΕΚΠΑ, καθώς και το αρχείο του Πανεπιστημίου Σμύρνης που διέσωσε ο Κωνσταντίνος Καραθεοδωρή.

Στο μουσείο μπορεί κανείς να συναντήσει συσκευές του Εθνικού Γραφείου Μέτρων και Σταθμών, πρότυπα μεγέθη, την πρώτη γεννήτρια ακτίνων Roentgen από το 1897, τους μυστικούς πομπούς που χρησιμοποιήθηκαν κατά την διάρκεια της γερμανικής κατοχής, μία μηχανή Ramsden και χιλιάδες άλλα όργανα φυσικής, χημείας και εφαρμογών. Οι συλλογές του Μουσείου έχουν συνεισφέρει στην εκπαίδευση και έχουν πραγματοποιηθεί περισσότερες από 50 διπλωματικές εργασίες και πολύ περισσότερες από 400 προπτυχιακές. 

Το Μουσείο Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας στο Παλαιό Χημείο είναι ένα πολύ γνωστό ορόσημο των Αθηνών, αρμονικά συνδεδεμένο με την επιστημονική και Εθνική Ιστορία και θα συνεχίσει να είναι ένα κόσμημα για το Πανεπιστήμιο, ένας πόλος έλξης για την πόλη των Αθηνών καθώς επίσης ένα εθνικό επίτευγμα για την Ελλάδα.