Павильон представляет собой здание общей площадью более 25 тыс. квадратных метров, с тремя подземными и четырьмя надземными этажами. Экспозиция рассказывает об истории освоения атомной энергии, от начала советского атомного проекта и до наших дней. Кроме экспозиционных зон, в павильоне представлены зоны свободного общения, пространства для лекториев и временных экспозиций, творческие лаборатории, библиотека, кафе. На крыше павильона обустроена единственная на территории ВДНХ смотровая площадка с панорамным видом на территорию. Это место, где тайны атомной науки раскрываются перед посетителями, исследователями, и молодым поколением.