メイン展示エリアとなる車両展示エリアでは、0系、100系、300系と、まさに新幹線の歴史を築いてきた名車両たちがずらりと並び、“ドクターイエロー”の愛称でおなじみの新幹線電気軌道総合試験車も展示。時速220kmの食事が楽しめた100系の2階建て食堂車も懐かしい。

　一方、在来線車両の展示では、日本で初めての振子制御式車両として特急「しなの号」などで活躍したクハ381形式電車、都市圏の近郊型電車のスタンダードとして君臨したクハ111形式電車、特急「ひだ号」として山深い高山本線を力走したキハ181形式気動車などの比較的最近の車両のほか、モハ1形式電車、クモハ12形式電車など大正～昭和初期に活躍した旧型電車も展示。美しい流線型をひっさげて京阪神の急行電車としてスピードアップに貢献したモハ52形式も見逃せない。

　さらに、ED11形式、ED18形式などの電化黎明期の輸入電気機関車や、Ｃ57形式蒸気機関車、絶大な人気を誇る“ゴハチ”ことＥＦ58形式電気機関車、客車と蒸気機関車が合体したような珍しい蒸気動車なども展示されている。

　展示エリアには、余計な装飾などもなく、まるで車両基地をタイムトラベルしているかのような雰囲気を味わえるのも魅力的だ。

　Ｎ700系新幹線の実物大の運転台を使用して、あこがれの新幹線の運転を体験！　リアルなCG風景を見ながら、3段階の難易度の運転操作が楽しめる（料金500円／約15分間）。

　211系タイプの2ハンドル仕様と313系タイプのワンハンドル仕様の運転台を4台ずつ設置。前方映像はCGと実写があり、難易度は3段階。見習い編ではガイダンス機能もあるので、初めての人でも安心だ（料金100円／約10分間）。

　また、日本の鉄道展示施設では初お目見えの車掌シミュレータにも注目したい。このシミュレータでは、停車時のドア扱いや、駅間での車内放送を体験。実際の車掌業務を3段階の難易度によって知ることができる（料金500円／約15分）。

　車両展示エリアの奥には、新幹線から在来線の電車、客車まで、それぞれの時代を代表する13両の実物車両が並んだ収蔵車両のエリアがある。

　ここに展示された車両は、技術的や用途的に特徴のある車両たちで、車内に入ることはできないが、外観を見学することができる。

　実物車両の展示のほかにも館内には、鉄道の仕組みなどを楽しく学べる展示がいっぱい。

　「超電導リニア展示室」では、開発が進む磁気浮上式鉄道の原理や仕組みを、体験型も含めたさまざまな模型や展示パネルによってわかりやすく解説している。

　新幹線に採用されているノーズ可動型分岐器やパンタグラフの動作の実際など、鉄道システムのさまざまな仕組みを知ることができる「鉄道のしくみコーナー」、新幹線の軌跡をはじめ、鉄道の歴史や技術を紹介する「映像シアター」、東海道本線の発展を中心に鉄道の歴史を振り返る「歴史展示室」なども見逃せない。

　また、現存する最古の国産バスとなる国鉄バスの第1号車（1930年製造）や、屋外には“東海ライナー”に使用された117系電車と軽便蒸気機関車も展示。館内には飲食コーナーも2カ所設けられている。