“建中立极”为第三展厅第一部分，主要以二里头文化的自然动植物遗存、城市遗迹和手工业为主体，全面展示夏王朝晚期都城的环境、地理、城市布局、国家结构与生产风貌。
“回望大都”为第三展厅第二部分，以城市考古和聚落考古为知识背景，充分运用多媒体数字技术，使观众对二里头遗址及其时代背景有一个全面而深刻的认知。
“厥土生民”为第四展厅第一部分，该单元从二里头遗址出土的骨角牙蚌陶器出发，结合围绕二里头遗址的各等级聚落遗存，较为全面的展现了夏代都城地区人民生产生活的图景。
“巍巍华夏”为第四展厅第二部分，“巍巍华夏”单元讲述了以二里头遗址为代表的二里头文化在极短时间内吸收了各区域的文明元素，以中原文化为依托，首次突破了地理单元的制约。
“世纪探索”位于第五展厅，为二里头夏都遗址博物馆基本陈列的第三部分，由两个单元“学术殿堂”和“断代探源”组成。该厅采用雕像、多媒体、采访视频播放、图文介绍等多种形式，主要介绍了夏文化探索历程中六位先驱顾颉刚、徐旭生、赵芝荃、夏鼐、安金槐、邹衡的简要生平及其关于夏文化的重要学术观点。同时，以夏商周断代工程和文明探源工程两大国家学术工程为主线，向观众详细讲述了两大工程的成果及其中有关夏文化研究的内容。
数字馆位于博物馆二楼，主题为“‘最早华夏’探寻之旅”。内设“最早华夏”“赫赫夏都”“敬天法地”“王室巧作”“探秘未知”五大篇章，全面复原展示了以二里头遗址为核心的二里头文化整体面貌。
二里头夏都遗址博物馆外观设计以“华夏之源”为基本理念，包含了“钥匙”“盘龙”“绿松石龙”“铜爵”“玉璋”等二里头元素。从上面看，博物馆的屋顶平面暗含了一把“钥匙”形象，寓意二里头遗址是探寻华夏文明起源的重要物证，象征着二里头文明是打开中华文明的一把钥匙。博物馆整体形象就像一条盘旋的龙，最高处的中央大厅隐喻了方形的龙头。把盘龙作为博物馆形体的概念解读，准确地表达了二里头在早期中国研究中的独特地位。在博物馆的入口区域，设计有绿松石龙纹饰，使游客在走进博物馆之前就能充分感受浓郁的二里头文化氛围。设计方案将博物馆纳入遗址的整体环境之中进行考量，以谦逊的姿态北望遗址核心区，同时又充分考虑了洪水灾害对基地所在区域的威胁，把博物馆和文物安全放在首位，将首层抬高至历史最高水位之上，远看为台地建筑，象征着二里头承载的历史遗迹的文化意义。、