La vocation du Fort Thüngen dépasse largement celle du cadre strict d'un Musée. Il ne s'agit en effet pas de présenter un ensemble d'objets d'une collection bien définie mais de livrer au visiteur un éventail d'informations aussi complet que possible sur la forteresse de Luxembourg tout en expliquant l'architecture militaire en générale. Ceci permettra de montrer la singularité, la spécificité et le rôle déterminant de la forteresse de Luxembourg tant dans l'histoire de la ville que dans la formation territoriale du pays et de l'identité de ses habitants.

Le fort lui-même, ses vestiges et ses alentours, constituent la base du musée. C'est autour de cet ensemble qu'on a élaboré des parcours extérieurs et intérieurs illustrés par des objets authentiques ou reconstitués, des maquettes didactiques, des dioramas ainsi qu'un spectacle audiovisuel relatif a un plan relief du 19e siècle. De nombreux outils pédagogiques interactifs sont mis en place pour faire du Fort Thüngen un centre d'interprétation au sens propre du terme.

Un premier espace culturel, dont l'accès est gratuit, regroupe la casemate d'entrée avec l'accueil et ses expositions temporaires, la maquette du Fort Thüngen dans la tourelle droite, un point de vente de livres, un accès au dessus du réduit, la descente vers la salle des mines, des services sanitaires, ainsi que la galerie souterraine menant au Fort Obergrünewald.

En ce qui concerne le parcours muséographique permanent et payant, le programme muséologique s'organisera en cinq séquences correspondant aux parties consécutives du fort, dont les volumes, dimensions et architectures sont très différentes. De manière générale, il a été retenu que les salles historiques du rez-de-chaussée constitueraient les éléments privilégiés pour aborder l'art de fortifier d'un point de vue théorique et pratique. Y est décrite et analysée la fortification comme objet technique, son architecture, ses performances, ses évolutions, ses récurrences et ses exceptions typologiques. La présentation et la réflexion progressent du général au particulier, de l'abstrait au matériel, de la théorie à la pratique.

Les espaces créés artificiellement dans le massif de terre de couverture des casemates, destiné autrefois à amortir l'impact des bombardements sur les voûtes, sont sans lien formel ni historique avec le bâtiment. Hors contexte physique, ils sont propices à une réflexion sur le sujet plus abstrait de l'inscription dans une dynamique sociale, économique et politique. Y est développé le point culminant de la vie de toute fortification : l'assaut et la défense, avec pour corollaire une interrogation sur les implications humaines du système fortifié et la mémoire qu'en ont conservé les générations passées ou présentes.