Головним експонатом Музею атомної бомби в Нагасакі є макет тієї самої атомної бомби, яка 9 серпня 1945 року в 11 годин ранку була скинута з американського бомбардувальника В-29 «Bockscar». Від вибуху моментально загинули 74 тисячі жителів міста і ще багато зазнали опромінення та померли від його наслідків.

Нова сучасна будівля музею було побудовано в 1996 році, коли відзначалася п'ятдесята річниця атомного бомбардування Нагасакі. Музей був побудований в самому епіцентрі вибуху. Їм був район Ураками – затишний передмістя, який у 20-ті роки минулого століття був обраний місцем для розміщення військових заводів.

У будівлі музею епіцентр позначений чорної колоною, яку вінчає фігура ангела. Основними експонатами музею є фотографії жертв бомбардування, а також відео-інтерв'ю з тими, хто вижив після неї. Крім того, представлені особисті речі і предмети, які були покручені під час вибуху, а також годинник, що зупинився в момент катастрофи і з тих пір показують тільки один час – 11 годин 02 хвилини. Є серед експонатів і фотографії, на яких відображена життя міста до вибуху.

Тут також розказана історія створення ядерної зброї, відтворений факт самого нападу і викладені події, які привели до катастрофи. Атомні удари з повітря, нанесені по двом містам – Хіросімі і Нагасакі, були здійснені з метою прискорити капітуляцію Японії у Другій світовій війні. Ядерний «аргумент» застосували США в серпні 1945 року.

Покидаючи музей, відвідувачі можуть взяти на пам'ять фігурку паперового журавлика, яких тут безліч. Фігурка орігамі у вигляді журавлика стала одним із символів японської трагедії. Журавлика вперше склала дівчинка Садако Сасакі, яка зазнала опромінення під час вибуху атомної бомби в Хіросімі, а через 10 років померла від лейкемії. За почутою нею легендою, тисяча паперових журавликів повинна була виконати найзаповітніше бажання, але дівчинка встигла скласти з паперу тільки 644 птиці.

Музей атомної бомби розташований поруч з Меморіальним залом пам'яті жертв атомного бомбардування.