为模拟浩瀚宇宙的天体形态，上海天文馆几乎所有的混凝土和钢结构都采用不规则形状：实现了国内首例长36米、跨度61米的钢结构大悬挑；“悬浮”于混凝土壳体上方的球幕影院，直径达30米；仅少量点支撑的200多米长旋转步道和直径40米的倒转穹顶，让观众可以拾级而上、仰望星空。
此外，上海天文馆以“我们不是在写一本教科书，我们是在创造一段体验”为设计理念，全新打造了“家园”“宇宙”“征程”三大主题展区及“中华问天”“好奇星球”“航向火星”等特色展区，还有8K超高清多功能球幕影院、星闻会客厅、望舒天文台、羲和太阳塔与星空探索营，全景展现宇宙浩瀚图景，打造多感官探索之旅，帮助观众塑造完整的宇宙观。
上海科技馆副馆长忻歌告诉记者，全馆运用精心设计的环境氛围、灯光音效和高仿真场景模拟手段，构建沉浸式宇宙空间体验环境；采用体感互动、数据可视化、AR、VR、生物识别等各类先进的展示手段，集视、听、触于一体，充分调动观众的情绪和感官，带领他们在神秘美丽、铭刻心动的时空意境中，获得全新的宇宙探索体验。在300余件展品中，原创比例高达85%，互动展品占比50%以上。
上海天文馆的假如剧场
在宇宙展区，有一个必然会成为网红打卡点的展示区——假如剧场，50个座位，10分钟一场，在这里，将上映一场充满趣味和思辨的电影，观众们将跟随电影主角，去思考宇宙的奥秘。
如果宇宙是一场游戏，你会怎么玩？电影中，一对父女玩起了“宇宙游戏”，调整宇宙的部分参数，比如光速、引力、暗物质含量，宇宙就会变成截然不同的形态。
忻歌说，别看宇宙广袤无垠，其实它是一个非常精巧的系统。只要构成现在宇宙的参数有些许变化，它就不是我们看到的这个样子。
事实上，在刘慈欣的科幻小说《镜子》中就有这个改变宇宙参数的“脑洞”，人们通过超弦计算机进行了无数次尝试后，终于得到了万有引力常数为1.67乘十的负十一次方，真空光速为每秒29.98万公里，普朗克常数为6.626，电子电量为1.602乘十的负十九次方库仑的宇宙，也就是我们生活的地球。
上海天文馆位于浦东新区临港大道、环湖北三路口，距离轨道交通16号线滴水湖站约700米，总用地面积58602平方米，总建筑面积38164平方米，包括一幢主体建筑以及魔力太阳塔、青少年观测基地、大众天文台、餐厅等附属建筑，土建投资约5.28亿元。
建成后的上海天文馆展示主题是“连接人和宇宙”，主展区分为“家园”“宇宙”“征程”3个展区：
“家园”展区围绕我们熟悉的星空、太阳、地球、月球徐徐展开，带领观众“漫步”太阳系、“穿越”银河系；
“宇宙”展区从时空、光、引力、元素和生命5个角度全景呈现宇宙奇妙现象，揭示天体演化及运行的机理；
“征程”展区呈现人类探索宇宙的伟大历程以及对未来的美好憧憬，启发观众的思考和感悟。根据建筑特点，主展区位于螺旋形的主体建筑；在其他区域，设有“中华问天”、“行星乐园”儿童展区、超高清多功能球幕影院、“航向火星”等特色展区。林清说，天象厅是重点展项之一，将在一个直径18米的穹顶上，模拟浩瀚星空。“虽然很多人对星座感兴趣，但从没见过。在天象厅里，你就能看到各个星座和壮美的银河。”
体验项目也是上海天文馆的一大亮点。大众天文台将配备大口径天文望远镜，让观众观测各种天体。流星雨等天象来临时，中小学生可结伴到临港观赏，夜里住在青少年观测基地。魔力太阳塔通过创新性设计，利用定天镜，将射入的太阳光按不同波段呈现在人们眼前。太阳爆发耀斑、黑子等活动时，观众就能在这座高约20米的塔内观测到它们。本回答被网友采纳