雅典国家考古博物馆中最具标志性的文物之一是阿伽门农面具，这是一个黄金陪葬面具，可追溯到公元前 1550-1500 年左右。该面具于 1876 年由海因里希-施里曼（Heinrich Schliemann）在迈锡尼发现，最初被认为属于荷马史诗中的传奇国王阿伽门农。虽然现代研究表明它比特洛伊战争还要早几个世纪，但面具仍然是迈锡尼工艺和王室墓葬习俗的象征。其复杂的设计和历史意义使其成为对古希腊历史感兴趣的游客的必游之地。
安提凯希拉机械装置（Antikythera Mechanism）被收藏在博物馆的青铜藏品中，是古希腊工程技术的杰出见证。这个公元前 2 世纪的装置于 1901 年在安提基特拉岛附近的海难中被发现，被认为是世界上已知最古老的模拟计算机。它由至少 30 个青铜齿轮组成，用于预测天文位置和日食，以及跟踪古代奥林匹克运动会等周期。该装置的复杂性和用途彰显了古希腊人对先进技术的理解。
国家考古博物馆中最引人注目的雕塑之一是阿特米西奥青铜像，它是希腊古典艺术的杰作。这座雕像是在阿特米西昂角附近的一次沉船事故中发现的，可追溯到公元前 460 年左右，雕像描绘的是宙斯或波塞冬的形象，他伸展的手臂曾经握有雷电或三叉戟。雕像高两米多，捕捉到了动态和力量的瞬间，展示了希腊青铜雕塑的精湛技艺。细致的解剖、栩栩如生的姿态和富有表现力的能量反映了早期古典时期的艺术成就。
