Das TECHNOSEUM zeigt in seiner ca. 8.000 m² umfassenden Dauerausstellung die Geschichte der Industrialisierung Südwestdeutschlands. Dabei versteht es sich als „arbeitendes Museum“: In die Ausstellung sind Vorführstationen eingegliedert, an denen die Besucherinnen und Besucher die Lebens- und Arbeitsbedingungen der Menschen vergangener Zeit hautnah erleben können. So werden z.B. historische Druckerpressen oder eine württembergische T3-Dampflokomotive in Aktion gezeigt.

In die Dauerausstellung sind die Mitmach-Ausstellungen Elementa 1, 2 und 3 integriert: Elementa 1 veranschaulicht bahnbrechende Experimente in Naturwissenschaft und Technik zum Beginn der industriellen Revolution um 1800. Elementa 2 thematisiert Experimente aus der Zeit um 1900 und Elementa 3 Versuche zu Gegenwarts- und Zukunftstechnologien.

„Der einfachste Versuch, den man selbst durchführt, ist besser als der schönste Versuch, den man nur sieht.“ Gemäß diesem Zitat von Michael Faraday arbeiten die Kinder und Jugendlichen im Laboratorium. Dabei werden die in der Dauerausstellung vorhandenen Exponate, die den Übergang vom eigenen Experiment zur technischen Anwendung zeigen, einbezogen. 

Das Museumsschiff ist das größte Exponat und Ausstellungsort zugleich: Hier wird eine Reise durch die Geschichte der Binnenschifffahrt gemacht. 

Außerdem zeigt das TECHNOSEUM regelmäßig Sonderausstellungen. 

Das museumspädagogische Angebot umfasst unter anderem interaktive Führungen für Vorschulen über Schulen bis zu Erwachsenen, Kindergeburtstage, offene Angebote an Sonn- und Feiertagen sowie Jugendclubs.