La conservazione del patrimonio storico è una tra le principali funzioni del Museo. La Sezione Manutenzione e Restauro, deputata a tale compito e formata da personale tecnico dell'Aeronautica, ha come obiettivo principale quello di preservare per quanto possibile l’integrità dei beni attraverso un’attività costante di manutenzione ordinaria e di restauro.

Pur essendo un’articolazione inquadrata in una moderna Forza Armata, opera grazie a un patrimonio di conoscenze di arti e mestieri unico nel suo genere e che si acquisisce, come nelle vecchie botteghe artigiane, col rapporto diretto con gli specialisti più anziani nel laboratorio di restauro. Personale esperto ricondiziona i velivoli operando, per quanto possibile, con le tecniche dell’epoca di produzione degli stessi e impiegando materiali originali (tele, legnami, collanti, minuterie metalliche), sempre più difficili da reperire sul mercato. L’approccio lavorativo segue inoltre principi di non invasività, nel rispetto delle normative di tutela del Patrimonio Storico Artistico nazionale.

I progetti di Restauro, in cui è impegnato il personale del Museo, sono realizzati anche grazie ai diversi contributi forniti da Istituzioni pubbliche o private, Associazioni o Aziende.

Attività principali della Sezione Manutenzione e Restauro:​ 

• effettuare il recupero e l’acquisizione di materiale di interesse storico culturale aeronautico, avvalendosi, relativamente a quanto di competenza, della collaborazione della Sezione Documentazione e Pubblicazioni (annessa al Museo) e dell’Ufficio Storico dell’Aeronautica Militare;
• provvedere al restauro ed alla manutenzione dei materiali storici del museo;
• effettuare attività di ricerca/aggiornamento sulle tecniche di manutenzione e restauro del materiale di interesse;
• provvedere alla costruzione di repliche di velivoli, di modellini in scala e di altro materiale storico di interesse aeronautico;
• riprodurre parti di velivoli seguendo metodologie rispettose dell’epoca.