Organizační struktura NTM se větví do čtyř základních úseků, podléhajících generálnímu řediteli muzea.
Generální ředitel Národního technického muzea je jmenován do funkce ministrem kultury. Přímo řídí úsek generálního ředitele, který je tvořen následujícímičtyřmi odbory: odbor poradců, odbor interního auditu, odbor poradních orgání a odbor kanceláře.
Náměstek generálního ředitele spravuje další úsek – prezentace, provoz a výstavba.
Úsek sbírkotvorné činnosti, jenž je řízen hlavním kurátorem, který vede koncepční sbírkotvornou činnost oborů zastoupených v NTM, všestranně prezentuje výsledky sbírkotvorné činnosti, koná vlastní vědeckou činnost. Zabezpečuje akvizice, evidenci, správu a ochranu sbírek. Úsek se dále člení na Muzeum architektury a stavitelství (seznamte se s novým projektem!), Železniční muzeum, Odbor vědy a výzkumu, Odbor správy a logistiky sbírek (prohlédněte si strány věnované vysoušení zaplavených archiválií!) a Odbor tvorby sbírek.Odbor tvorby sbírek je vnitřně členěn do sbírkových oddělení:
Sbírková oddělení pokrývají hlavní odvětví techniky a soustřeďují odpovídající fondy v celkovém počtu 84 sbírkových souborů. Soupis a podrobnější charakteristiku sbírek naleznete zde, personální obsazení jednotlivých oddělení zde.
Finance, hospodaření a péče o majetek jsou hlavní náplní činností posledního, ekonomického úseku, který tvoří všeobecná účtárna, finanční účtárna, mzdová účtárna, majetková účtárna a oddělení marketingu, grantů a zvláštních zdrojů.