O acervo de objetos científicos do MAST é composto, até o momento, por mais de 2300 objetos procedentes do Observatório Nacional – ON, do Instituto de Engenharia Nuclear – IEN, do Centro de Tecnologia Mineral - CETEM e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas - CBPF, além de doações particulares.

A coleção procedente do Observatório Nacional é uma das mais importantes do gênero . É composta de instrumentos científicos que foram utilizados em serviços e pesquisas de grande importância para o país como a determinação e a transmissão da hora oficial do país, a previsão do tempo, o cálculo de efemérides astronômicas, a demarcação das fronteiras brasileiras, o mapeamento magnético do solo brasileiro, nas comissões contra os efeitos das secas e nas de melhoramentos dos portos. Estes instrumentos foram adquiridos de relevantes fabricantes estrangeiros e, em sua maioria, foram fabricados entre o século XIX e o início do XX.

As demais coleções têm como ponto comum serem provenientes da segunda metade do século XX, constituindo-se no que se denomina patrimônio recente.