東京帝国大学航空研究所資料を中心に収集されている資料で、特に航空研究所で設計され国産飛行機として我が国唯一の世界記録を達成した「航研機」の設計図面多数と試験用エンジンなどを含みます。 また零式艦上戦闘機 (復座改造機)や現存最古の国産モ式６型 (モーリス・ファルマン機)、戦前の国産エンジン他を収蔵しています。 宇宙分野では我が国での宇宙ロケット実験の始まりであるペンシルロケット、その後のベビーロケット、 ラムダロケット、ミューロケット、そして世界で４番目に打ち上げに成功した人工衛星「おおすみ」の試験機および、その発射ランチャー（上野本館屋外展示）、H-I国産ロケットエンジンLE-5等を所蔵しています。