Установки для кондиціювання повітря дозволяють підтримувати в приміщеннях оптимальну температуру та вологість. У читальних залах протягом години тричі проводиться обмін повітря. Завдяки обладнанню стелі цих залів скляними ліхтарями поліпшено освітлення робочих місць.

У центральному вестибюлі встановлений бюст організатора і першого президента Української академії наук, фундатора бібліотеки В.І. Вернадського (скульптор Борис Степанович Довгань).

Вестибюль прикрашає монументальний живопис, виконаний у техніці енкаустики (восковий живопис) Володимиром Івановичем Пасивенко та Володимиром Михайловичем Прядко.

Полотно займає площу біля 300 квадратних метрів. Основна тема композиції полягає в розкритті головного призначення науки — захисту життя на землі. Ця тема передана художниками за допомогою тривимірного поділу всієї композиції.

Перша (нижня вертикальна частина) — “Діалог”. У центрі зображений образ мислителя, з обох боків якого у вигляді грецьких оракулів — фігури, що уособлюють боротьбу протилежних ідей. Діалог між ними повинен привести до позитивного результату.

Друга (горизонтальна частина) — “Тривога”. Обгорілі дерева, ерозія колись родючих грунтів, руїни Успенського собору в Києво-Печерській лаврі — це наше сьогодення.

Третя (верхня похила частина) — “Біль землі”. Тут сюжети людських трагедій розкриваються в історичному ракурсі: з давніх цивілізацій (останки пам’яток Єгипту, Індії, Греції, Росії) до наших днів (палаючий Чорнобильський реактор, мертва земля, людська скорбота).

Центр композиції — образ матері, що грає з дитиною. Заради збереження цього символу звучить перемога людського розуму, зображена митцями у вигляді чарівного парубка, освітленого вогнем любові до людей і живої природи. Він захищає своїм тілом ширяючого у стрімкому стрибку блакитного оленя — символу чистоти води, землі та неба. Звучить ідея перемоги розуму.

У лівому крилі вестибюлю — конференц-зал на 360 місць, де проходять науково-практичні конференції та семінари, зустрічі з діячами науки і культури, лекції з актуальних питань сучасності. Тут можна поспілкуватися з колегами у дискусійному клубі, зустрітися з улюбленими акторами та письменниками, переглянути новий фільм чи відвідати концерт. Функціонує відеозал. У фойє конференц-залу експонуються виставки образотворчого мистецтва.

В центральному вестибюлі міститься відділ абонементу, який є важливою складовою частиною системи інформаційно-бібліотечного обслуговування. Він включає міжнародний, міжбібліотечний та індивідуальний абонементи. Абонементом книгозбірні користуються бібліотеки всіх систем і відомств, що робить її унікальні фонди доступними для будь-якого громадянина держави. Правом одержання літератури додому користуються читачі, які мають вчений ступінь, члени творчих спілок, працівники вищих органів державної влади, співробітники Президії Національної академії наук і бібліотеки.

Відразу за контрольно-пропускним пунктом з радіочастотною системою захисту фондів від несанкціонованого виносу знаходиться довідково-бібліографічний апарат, основу якого складають система каталогів і майже 200-тисячний фонд довідкових та бібліографічних видань. Вони надають читачу можливість виявити потрібні йому першоджерела і здійснити їх замовлення.

Своєрідною архітектурною окрасою стилобатної частини будови є пандус, де встанолені 11 бюстів видатних осіб, які внесли значний вклад у розвиток світової науки і культури. Це Ярослав Мудрий (великий князь київський, який 1037 р. заснував при Софійському соборі в Києві першу на нашій землі бібліотеку), Іван Федоров (російський і український першодрукар), Михайло Васильович Ломоносов (вчений-природодослідник, перший російський академік Петербурзької академії наук), Григорій Савич Сковорода (український просвітитель-гуманіст, філософ і поет), Микола Іванович Лобачевський (російський математик, творець першої неевклідової геометрії), Олександр Сергійович Пушкін (російський поет, родоначальник нової російської літератури), Тарас Григорович Шевченко (український поет, засновник нової української літератури і національної літературної мови), Дмитро Іванович Менделєєв (російський хімік, який відкрив один з фундаментальних законів природи — періодичний закон хімічних елементів), Ілля Ілліч Мечников (російський і український біолог, один з основоположників ембріології, порівняльної патології, імунології і мікробіології), Костянтин Едуардович Ціолковський (російський вчений у галузі авіації і динаміки ракет, основоположник сучасної космонавтики), Олександр Степанович Попов (російський фізик і електротехнік, винахідник радіозв’язку). Роботи виконані з білого мармуру. Керівник авторської групи скульпторів — Борис Степанович Довгань.

Піднявшись по пандусних сходах на 2-й поверх, читач потрапляє до просторого холу. В центрі холу розміщені пункти, де він може одержати літературу, замовлену з книгосховища. Праворуч і ліворуч від цих пунктів розташовані два комплекси залів, до одного з яких входять зали гуманітарних наук, а до другого — природничих та технічних наук. В обох комплексах є загальні читальні зали і зали для наукових співробітників, підсобні фонди та довідкові бібліотеки, а також спеціалізовані фонди інформаційних видань. В одній площині з читальними залами, що входять до названих комплексів, розміщені спеціалізовані читальні зали (зал періодичних видань, єдині в Україні читальні зали публікацій ООН і картографічних видань та ін.). Загалом на цьому поверху знаходиться 18 галузевих та спеціалізованих залів, які можуть прийняти одночасно 1000 читачів.

Фойє перед читальними залами прикрашає гобелен “Джерела слов’янської писемності” розміром 17 на 3,5 метри. Автори та виконавці — Марія Тимофіївна й Іван Семенович Литовченки. Використана техніка ручного ткацтва. Матеріал — шерсть, люрекс. Композиційне рішення гобелену обумовлене наявністю колон, які не дозволяють глядачу сприйняти всю площу одночасно. У центральній частині на фоні яскравого вогню зображені язичеські символи, які уособлюють образ створення світу, зародження писемності. Далі на зміну символічним образам приходять конкретні: давньоруський письменник і літописець Нестор, просвітителі слов’ян Кирило та Мефодій, український лексикограф і письменник Памво Беринда, російський і український першодрукар Іван Федоров, політичний і освітній діяч України київський митрополит Петро Могила. Ліва та права частини гобелену присвячені еволюції писемності в умовах інформатизації суспільства.

Спустившись по пандусних сходах вниз, читач потрапляє до зони відпочинку, де знаходяться клумби з квітами і м’які крісла. Поряд розташовано кафе.

B цілому архітектурно-планувальні та інженерні рішення, закладені в будівлі, сприяють підвищенню ефективності праці читачів та співробітників бібліотеки і забезпечують комфортні умови для їх роботи.