Le National Air and Space Museum possède la plus grande collection d'avions et de véhicules spatiaux du monde. C'est également un centre de recherches sur l'histoire, les sciences et techniques de l'aviation et du vol spatial, ainsi qu'en sciences planétaires.
Sur l'ensemble de ses deux sites, le musée rassemble plus de 60 000 objets parmi lesquels plusieurs centaines d'engins (avions, hélicoptères, fusées, missiles, drones et vaisseaux spatiaux). Certains sont exposés à même le sol, d'autres sont suspendus à des câbles d'acier, ce qui rend la présentation particulièrement attrayante. Des milliers d'autres objets sont visibles : des maquettes, des tenues vestimentaires de pionniers de l'aviation ou d'astronautes ainsi que des ustensiles qu'ils ont manipulés mais aussi des environnements reconstitués tels que la section d'un porte-avions avec différents appareils à l'intérieur.