設計理念
整體外觀看似一石塊剖一刀，一玻璃管從中間穿過，隱涵剖析、穿梭、交織、下探、滲透的概念；建築量體中，隱含著交錯19∘角的軸線關係，一象徵過去的方位、一象徵現代都市的經緯關係，交織的軸線存在於外牆的分割縫隙中，也存在於博物館展示動線，帶著時空交錯的趣味性。
剖析考古
像一刀剖開大地一般，探究地底下每個時期所遺留的足跡，考古學上稱為文化層，如同建築設計常用到的＂Section＂(剖面圖，用來解讀建築物各空間的關連性)；將一個黑盒子切成兩半，展開的是文化層的概念，建築牆面上呈現剖面紋理，象徵著各遺址文化層出現的相對關係，亦意含著南科園區多次的海進、海退所形成的土層關係。
穿梭時空
藉由玻璃方管象徵時空隧道，穿梭建築的剖面；玻璃方管將遊客從地面送至至建物至高點，映入眼簾的是高速而過的高鐵，提醒遊客現在的時空，而穿過的建築高度象徵穿梭過去時空5000年。
交織
探坑，考古探坑存在著現代經緯與過去方位，交織紋理的不在開始也不在最後，存在於發現的過程。
下探
由時空隧道引導遊客進入建築至高點，再進入展示區；以時光回溯與考古工作下探的概念，設計建築展示的動線，由高至低、由今至古，循著向下探索的精神。
滲透
建築外牆切割的縫隙，將參訪的情境滲透些許時間軸的變化，暗示南科遺址與博物館的關係，而夜間則由建築量體的照明向外綻放，成為高鐵上旅客行經台南科學工業園區的一個印證。
研究典藏空間
南科館未來為臺灣西南部第一座考古專業機構，在研究工作上除兼顧地區特色及與史前館之分工關係，未來研究將分為近程及中、長程兩個階段。近程研究計畫乃為提供新館設置展示、教育、文化創意產品開發之需，中、長程則為在分析方法及考古技術上，與史前館共同發展完整之考古學分析方法與技術。典藏規劃分為文物典藏庫與文物研究中心。並規劃部分為展示的空間，開放觀眾參觀。
展示空間
南科館定位為一處小而美的博物館，所展示的內容主要是以南科出土和採集考古和歷史文物為主，為了增加展示之效果，並將結合園區內高科技產業之技術，以模擬重現不同時期人類生活環境及生活方式，來活化生硬之學術資料和文物標本並產生趣味，引發觀眾的高度興趣，達到寓教於樂之目的。
行政空間
南科館行政空間設於南棟四樓，設計規劃上有獨立行政動線，但也與各空間有良好之互動關係。目前南科館組織編制整體計畫暫核定人員額，已修正為編製正式人員15人，但因應實際業務需求，不足員額將搭配協助人力，合計約30人，分為研究典藏、展示教育、公共服務、行政等四科，空間規劃包括分館長辦公室、行政人員辦公室、志工室、研究室及會議室等。因有部分業務委外，行政空間也將與其共用之，共同提供南科館所需之服務。
公共空間
公共空間規劃主要包括國際會議廳、委外經營商業服務空間（遊客紀念品店、遊客餐廳）等。國際會議廳配置完善影音設備作為提供考古研究學術研討交流空間。
服務空間
公共空間規劃主要包括入口大廳、多功能教室，及考量委外經營商業服務空間(遊客紀念品店、遊客餐廳)等。入口大廳為博物館外部環境進入館內的首要空間，動線最為密集，同時亦為管理與服務的重要區域，大廳接待服務區導覽參觀者入館即能明瞭館內參訪動線及空間規劃設施。
南科館核心功能為典藏保存南科出土之文化資產，主要服務空間設計特別考量出土文物之保存典藏庫之機電空調機房，設置恆濕恆溫；因應南科文物（如人骨、甕棺、大型石器等）的體積、重量等因素，入藏動線空間考量運輸機具通行。
公共藝術
蔦松家
The NiaoSung Family
藝術家：李明道
年分：2018
材料：不鏽鋼、汽車烤漆
尺寸：215x229x270 cm、79x79x209 cm、67x64x115 cm、48x50x85 cm、38X63X67 cm
維護管理單位：國立臺灣史前文化博物館南科館
蔦松文化人面陶偶出土於道爺遺址，是博物館典藏的代表性文物之一，展現蔦松文化人在立體捏塑上有相當成熟的技術，尤其五官造型的立體感以及表情神韻的搭配，非常具體地掌握了陶偶製作者巧思的意境，在捏塑技術表現上，最為明顯的是鼻樑與眉弓的特徵，以及眼窩和鼻子的位置。
李明道先生以蔦松文化人面陶偶為博物館公共藝術操刀，創造「The Niao sung family蔦松家」，負有逗趣的巧思。將千年前的原始陶偶穿上高科技超現實外衣，穿越到今天的時空，以不同時空的藝術語法寫成一個新的完整句。這個全新的作品將繼續航向未來的宇宙成為明日的古物，說出人類文明演繹接力前進的概念。
裝置藝術
過往雲煙
大廳的裝置藝術「過往雲煙」，為藝術家思考如何將科學發展快速以及面對文化流逝，試圖將時間和空間做以形式化的表達，南科園區昔日的種種；
希望藉由「過往雲煙」這一件裝置藝術，除了欣賞也能引發一些對自身經歷的一些感觸，通過述說對周圍環境的感知以及一個人是如何構建自己對某個空間的回憶，反映其對文化移置和文化共存的持續關注。