Die fünf Ausstellungsbereiche Astronomie, Uhren, Geodäsie, Physik und Mathematik/Informationstechnik führen dem Besucher die ganze Bandbreite der entstehenden messenden Naturwissenschaften von der Spätrenaissance bis zum Vorabend der industriellen Revolution vor Augen.
Von den Landgrafen für Lehr- und Forschungszwecke wurden Sekundenpendeluhren, Vakuumpumpen, Mikroskope, Elektrisiermaschinen, frühe Rechenmaschinen und Quadranten angeschafft. 
Den Kosmos zu verstehen halfen Mechanische Himmelsgloben und astronomische Kunstuhren, dienten aber zudem als Pretiosen des Wissens, in denen sich Kunst und Naturwissenschaft zu einem einheitlichen Ganzen vereinigen.