- Ο αρχαίος Πειραιάς ως πολεμικός ναύσταθμος και εμπορικό κέντρο (προθάλαμος ορόφου)
Τα εκθέματα αναφέρονται στη διπλή -εμπορική και πολεμική- λειτουργία της αρχαίας πόλης του Πειραιά. Η πρώτη εκπροσωπείται από ενδιαφέροντα τεκμήρια της οικονομικής ζωής της αρχαίας αγοράς, που σχετίζονται κυρίως με τη δραστηριότητα των αγορανόμων και των μετρονόμων. Χαρακτηριστικά εκθέματα είναι το μετρολογικό ανάγλυφο, που βρέθηκε στη Σαλαμίνα, ο μετρητής για την πώληση υγρών και ένας αγορανομικός κατάλογος. Ο πολεμικός χαρακτήρας του λιμανιού φαίνεται από αντικείμενα που σχετίζονται με αρχαία πολεμικά πλοία, όπως ένα σπάνιο χάλκινο έμβολο τριήρους, ένας μαρμάρινος οφθαλμός τριήρους και μία λίθινη άγκυρα που βρέθηκε στη Ζέα. Στον ίδιο χώρο εκτίθενται και αντικείμενα σχετικά με τη θρησκευτική ζωή της Αττικής, το αρχαϊκό ιερό του Διός στην Πάρνηθα, το ιερό της Αρτέμιδος Μουνιχίας, και τα σπάνια λατρευτικά ειδώλια και μικροαντικείμενα από το μινωικό ιερό κορυφής των Κυθήρων.

- Κεραμική και ιδιωτικός βίος (αίθουσα 2 του ορόφου)
Η ενότητα είναι αφιερωμένη στην εξέλιξη της κεραμικής από τα μυκηναϊκά έως τα ελληνιστικά χρόνια, που παρουσιάζεται μέσα από αυστηρή επιλογή αγγείων. Παράλληλα, εκτίθενται αντικείμενα που σχετίζονται με τον καθημερινό βίο των παιδιών, των γυναικών και των ανδρών, από την αρχαϊκή έως την ελληνιστική εποχή. Ο επισκέπτης μπορεί να δει αγγεία, κοσμήματα, όπλα, μικροαντικείμενα, μουσικά όργανα από ανασκαφές της Σαλαμίνας, του Πειραιά και της αττικής παραλίας, αναθήματα από το μυκηναϊκό ιερό των Μεθάνων και αγγεία της συλλογής Γερουλάνου από τους Τράχωνες. Από τα εκθέματα ξεχωρίζουν τα ευρήματα από τον «τάφο του ποιητή», που βρέθηκε στη Δάφνη, τα οποία περιλαμβάνουν τα μουσικά όργανα που χρησιμοποιούσε και τα πλακίδια όπου έγραφε τα τραγούδια του.

- Τα χάλκινα αγάλματα του Πειραιά (αίθουσες 3-4 του ορόφου)
Σε δύο αίθουσες παρουσιάζονται τα πιο σημαντικά και εντυπωσιακά εκθέματα του μουσείου, τα χάλκινα αγάλματα που βρέθηκαν κοντά στο λιμάνι του Πειραιά το 1959. Πρόκειται για τέσσερα μεγάλα αγάλματα και ένα τραγικό προσωπείο, που είχαν φυλαχθεί όλα μαζί για να μην καταστραφούν, στις αρχές του 1ου αι. π.Χ., ίσως κατά τη διάρκεια του Μιθριδατικού πολέμου ή κατά την άλωση του Πειραιά από το Σύλλα. Το σημαντικότερο και πιο γνωστό από αυτά είναι ο κούρος που απεικονίζει τον Απόλλωνα. Από τα άλλα αγάλματα, δύο απεικονίζουν την Αρτέμιδα και ένα την Αθηνά.

- Θρησκευτική ζωή (αίθουσα 5 του ορόφου)
Στην πέμπτη αίθουσα του μουσείου έχει γίνει αναπαράσταση ενός τυπικού ιερού των κλασικών χρόνων, στο κέντρο του οποίου βρίσκεται ο ναΐσκος με το λατρευτικό άγαλμα της Κυβέλης, που βρέθηκε στο Μοσχάτο. Το άγαλμα πλαισιώνεται από σειρά αναθηματικών αναγλύφων, από τα σημαντικότερα που διαθέτει το μουσείο.

- Μορφολογική εξέλιξη του επιτύμβιου μνημείου (αίθουσα 6 του ορόφου, αίθουσες 7-8 του ισογείου)
Παρουσιάζονται γνωστά επιτύμβια ανάγλυφα από τη μοναδική σε έκταση και ποιότητα συλλογή του μουσείου. Η έκθεση προσφέρει μία εξαίρετη εικόνα της αντίληψης για το θάνατο αλλά και της πορείας της κλασικής τέχνης από τον 5ο στον 4ο αι. π.Χ. Στην περίοδο αυτή τα μνημεία, που κοσμούσαν τον πολυσύχναστο δρόμο για την Αθήνα κατά μήκος των Μακρών Τειχών, σταδιακά γίνονταν υπερβολικά και επιβλητικά, προβάλλοντας την ανθρώπινη ματαιοδοξία. Από τα πιο μεγάλα και εντυπωσιακά ταφικά μνημεία του 4ου αι. π.Χ., που εκτίθενται στο ισόγειο του μουσείου, είναι το περίφημο μνημείο της Καλλιθέας, ο κολοσσιαίος λέων του Μοσχάτου, και η στήλη του Παγχάρους.

- Η πλαστική της ελληνιστικής και της ρωμαϊκής περιόδου (αίθουσες 9-10 του ισογείου)
Η ελληνιστική πλαστική αντιπροσωπεύεται από λίγα αλλά εξαιρετικής ποιότητας έργα, που χαρακτηρίζονται από χάρη και λεπτότητα. Στην περίοδο αυτή ο Πειραιάς γνωρίζει παρακμή, υπό την επιρροή της μακεδονικής κυριαρχίας, αποκομμένος από την Αθήνα, κάτι που αποδεικνύεται από το μικρό αριθμό των γλυπτών. Στην τελευταία αίθουσα του μουσείου παρουσιάζεται η τέχνη της ρωμαϊκής περιόδου, κατά την οποία ο Πειραιάς ήταν βιοτεχνικό κέντρο, που παρήγε αντίγραφα κλασικών γλυπτών. Αρκετά τέτοια αγάλματα εκτίθενται εδώ, μαζί με πορτραίτα Ρωμαίων αυτοκρατόρων.