V oddělení jsou zastoupeny vědecké obory: astronomie, matematika, fyzika, geodézie a kartografie, které jsou doplněny hracími stroji.
Roku 1910 byla založena geodetická skupina Technického muzea pro Království české, která se stala základem dnešního oddělení exaktních věd. U jejího zrodu stál geodet Ing. František Fiala se svou sbírkou map a přístrojů pro astronomii a geodézii, kterou daroval muzeu. Na samém počátku muzea roku 1911 byla podpořena sběratelská aktivita zakoupením sbírky Habermelových přístrojů z doby rudolfínské na aukci v Amsterdamu.
Od roku 1914 byla část sbírky geodézie instalována ve Schwarzenberském paláci jako trvalá výstava na ploše 50 m2. K dalším aktivitám oddělení patřilo uspořádání několik výstav mapové sbírky. První stálá výstava astronomie byla otevřena pod záštitou Československé astronomické společnosti v roce 1923 v tehdejším sídle muzea na Hradčanském náměstí.
Během války v roce 1941 došlo k přesunutí muzejní sbírky do karlínské Invalidovny. Do nové budovy na Letné se sbírky přestěhovaly až po uvolnění budovy pro muzejní účely v roce 1950.
Fyzikální skupina muzea zahájila svoji činnost od samého počátku muzea, sbírky se však zvětšovaly pomalu. Teprve po 2. světové válce došlo k příznivějšímu obratu a rozrůstání sbírkového fondu, který byl prezentován na výstavách. Aktivity však nevyústily ve stálou expozici. Postupně byly fyzikální sbírky začleněny do oddělení exaktních věd, dále se oddělení rozšířilo o matematické pomůcky (mechanická výpočetní technika) a hudební hrací stroje. Hrací automaty byly prezentovány na několika úspěšných výstavách doma i v zahraničí.
V padesátých letech byly v NTM uspořádány dvě astronomické výstavy. Na ně navázala první expozice astronomických přístrojů v budově na Letné, která byla instalována v roce 1960 na ploše 130 m2 pod názvem „Astronomie slouží životu“. V roce 1977 byla vybudována nová instalace sbírky pojmenovaná „Astronomické přístroje“, která bez větších změn fungovala 30 let. Na konci sedmdesátých byla založena tradice sympozií „Z dějin geodézie a kartografie“, která se konají pravidelně dodnes.
Po rekonstrukci hlavní budovy NTM byla vybudována roku 2011 nová expozice „Astronomie“ na ploše 225 m2. Expozice představuje historii oboru na unikátním sbírkovém fondu exaktních věd, doplněném filmovými příběhy a demonstračními přístroji.
