1楼及3楼的气象展示区，展示从地面到高空甚至外太空的观测情境，并依照气象观测、天气现象、天气预报、气候的顺序陈列，以融合科学、技术与社会的教化概念展示。
3楼的另一主题为地震展示区，利用模型介绍台湾地质构造、地球内部构造、板块运动、造山运动及台湾震源分布情形，并以连贯的展示墙板，介绍全世界火山带及地震带，让民众对地震有着基本了解。另外则拨放九二一灾情影片，以强烈震撼的展示，带领参观者来一趟体验地震之旅。
设于5楼的天文展示区介绍研究天文现象所需要的基本常识、观测工具，并以可实际操作的模型展示了太阳、地球及月亮三者的关系及太阳高度角等生活常见的天文场景，不仅可帮助了解天体的奥秘，也希望能引发参观者对探索天文星象的兴趣。
5楼的另一区为海象展示区，以看板说明及各种生动的模型操作，让参观者了解海洋所发生的种种现象和其原理及中央气象局如何在海上做海象观测。