Im Jahr 1728 richtete der sächsische Kurfürst August der Starke in diesem Saal ein eigenständiges Museum ein: den "Mathematisch-Physikalischen Salon". Bis 1945 befanden sich alle Bestände des Salons in diesem Raum. Ein Museum, so wie wir es heute kennen, war der Salon allerdings nicht, denn die Instrumente und Apparaturen wurden benutzt. Die "Inspektoren" des Salons waren häufig aktive Wissenschaftler oder Instrumentenbauer.
Den Kern der Sammlung bildeten die Instrumente aus der Kunstkammer von Augusts Ur-Ur-Urgroßvater, die Sie bereits gesehen haben. Ergänzt wurde die Sammlung durch Experimentierapparate, die zur Zeit der Aufklärung neu aufkamen. Zum Beispiel finden Sie hier die monumentalen Brennspiegel von Ehrenfried Walther von Tschirnhaus, mit denen man Löcher in Metall brennen konnte, und eine imposante Vakuumpumpe von Jacob Leupold.
Ende des 18. Jahrhunderts richtete man in diesem Saal noch eine Sternwarte ein. Daran erinnern die großen Teleskope, mit denen man den Lauf der Gestirne beobachtete. Für die Himmelsbeobachtung wiederum mussten die Inspektoren regelmäßig und mit größter Präzision die Zeit bestimmen. Die Zeit, die sie ermittelten, wurde bald zur offiziellen Dresdner Ortszeit, nach der man in der Stadt und in Sachsen die Uhren stellte, und der Salon wurde somit auch eine Behörde. Erst um 1925 übernahmen Rundfunk und Reichspost die Übertragung von Zeitsignalen. Zu dieser Zeit hatte sich der Salon nun doch in ein wissenschaftshistorisches Museum verwandelt.
Das obere Geschoss des Pavillons, der Festsaal, widmet sich der Geschichte des Mathematisch-Physikalischen Salons im Zwinger. Dieser Saal barg bis 1945 alle Bestände des Salons. Die Grundidee, hier in der Mitte des 18. Jahrhunderts ein physikalisches Kabinett einzurichten, wird ebenso erlebbar, wie die Funktion dieses Raumes als Observatorium und als Behörde.
Im Mathematisch-Physikalischen Salon wurde die Ortszeit für Dresden ermittelt und hier fanden die ersten meteorologischen Aufzeichnungen statt.