上海世博会博物馆馆内拥有共有三个临时展厅，面积2572平方米。三个临时展厅的实际布展面积分别为1027平方米、675平方米、690平方米。展厅的物理条件优越，安防技防系统配备齐全，临展库房恒温恒湿，配备气体灭火。1号临展厅定位为国宝级展厅，具有恒温恒湿的功能，将是精品艺术展和高规格展览的举办场地。2号临展厅以举办专题、主题展为主，用于一般巡展及世博主办展览。3号临展厅适用于原创主题类展览、展览试验场，会务及一般性来展。
上海世博会博物馆的建筑外表极具表现力，玻璃云由3730块三角玻璃组成，其独特的“悬浮钢结构壳体”是一种不借助外部结构的自承重结构体系，幕墙采用了由铜板加铝板后衬蜂窝板的特制“铜铝复合板”，在兼顾控制造价和保证幕墙强度的前提下，创造出充满时光痕迹的肌理和纹路。对于这1万余平方米红铜色铜铝复合板的安装，对板材的块面大小、分缝位置做了1:1的做法比较，采用横向线条划分，以6种标准板材随机组合、层间错缝的搭接方式来安装铜铝复合板，以粗犷又精致的肌理来表达时间的磨砺感。
据张耳回忆，这个场馆现在还是临时，等到本次世博会结束后会重建成为永久性博物馆，然后内置多个展厅，展示世博会相关一切内容。而且直到2024年，这里依然是独一无二的世博会博物馆。
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