Le site de Tolbiac de la BNF donne accès à deux type de salles de lecture : les salles du Haut-de-jardin sont accessibles à toute personne âgée de seize ans ou plus, sous réserve d'acquitter un droit d'entrée, soit pour un accès ponctuel, soit sous forme d'abonnement annuel. Le Rez-de-jardin ainsi que les salles de lecture des autres sites ne sont utilisables qu'après accréditation sur justification de la recherche, et moyennant paiement (carte de quinze jours ou carte annuelle). Certaines personnes peuvent toutefois être exonérées ou payer un tarif réduit, notamment les étudiants. La salle P du Rez-de-jardin comprend aussi l'Inathèque, espace de consultation des collections de l'Institut national de l'audiovisuel. Cette salle abrite aussi une antenne du Centre national du cinéma et de l'image animée pour la consultation des Archives françaises du film.
Hall Est
Le site de Tolbiac comporte cinq espaces d'exposition : la « Grande Galerie » (grandes expositions), la Galerie François 1er (petites expositions), la Galerie des donateurs (pour les grands dons récents), l'Allée Julien-Cain (exposition de photos, dessins...), enfin l'Espace Abécédaire (présentant chaque mois une sélection de livres dans des vitrines et donnant un aperçu de la diversité et de la richesse des collections). Le hall situé du côté est présente un espace dédié aux nouvelles technologies depuis le 3 juin, dénommé LABO. Quant au hall ouest, il propose une présentation des deux globes de Coronelli (présentation accessible aux personnes malvoyantes). Autour d'eux, une exposition retrace l'histoire de leur commande (au travers d'un grand livre ouvert) ainsi que celle de leur conception, de leur restauration et de leurs déplacements au fil des siècles (au travers de films). Des bornes numériques permettent également de découvrir l'histoire de la cartographie et de la représentation du monde à travers les âges. Un film présente enfin la vision du monde à l'époque de Louis XIV au travers des représentations inscrites sur le globe terrestre (Les Dessous des cartes de Jean-Christophe Victor).
En outre, un grand et un petit auditorium permettent d'organiser des réunions professionnelles, des colloques, des conférences, des lectures ou des concerts.
Les collections de Tolbiac comprennent un fonds de libre accès et des collections patrimoniales, et occupent en tout 385 km linéaires de rayonnages. Le fonds de libre accès, présent à la fois en Haut-de-Jardin (bibliothèque d'étude) et en rez-de-jardin (bibliothèque de recherche), contient environ 575 000 volumes (700 000 à terme). Les collections patrimoniales se trouvent dans les différents départements présents à Tolbiac, à l'exception du département de la Recherche bibliographique (DRB). Les quatre départements thématiques issus du département des Imprimés et du département des Périodiques conservent les fonds patrimoniaux constitués d'imprimés du XVIe au XXIe siècle. Ils représentent environ 10 000 000 de livres, 350 000 titres de périodiques - dont 32 000 titres vivants français et étrangers, ainsi que des milliers d'éphémères conservés en recueils au Département Philosophie, Histoire, Sciences de l'Homme. Aux imprimés s'ajoute un important fonds de microformes, avec 76 000 microfilms (journaux, livres de grand format) et 950 000 microfiches (ouvrages, thèses).
La Joie par les livres est à l'origine une association loi de 1901 créée en 1963 à l'initiative d'une riche mécène, Anne Gruner-Schlumberger, dans le but de créer une bibliothèque moderne pour enfants dans un quartier populaire. Rattachée à la BNF le 1er janvier 2008, elle est installée depuis septembre 2009 sur site de Tolbiac. La Joie par les livres proposait 20 000 documents en libre accès, 1 000 cédéroms et un fonds ancien de 192 000 documents en magasin comportant:
* 185 000 livres, dont 9 000 bandes dessinées
* 2 000 titres de périodiques
* 5 000 dossiers documentaires
L'ensemble comprend, au 16 juillet 2009, plus de 250 000 documents.
Le département de l'Audiovisuel, héritier de la Phonothèque nationale, a lui aussi des fonds patrimoniaux, mais uniquement des supports particuliers, correspondant environ à 900 000 documents sonores, 90 000 vidéogrammes, 250 000 images fixes numérisées et 50 000 documents multimédia.
Le département le plus prestigieux est celui de la Réserve des livres rares, qui comprend 200 000 volumes environ : incunables, ouvrages remarquables par leur format (particulièrement petits ou grands), documents montrant les évolutions techniques, documents à faible tirage, livres ayant appartenu à des personnes célèbres, et l'« Enfer » de la bibliothèque, comprenant des ouvrages jugés « licencieux ».
Par ailleurs environ 100 000 textes numérisés peuvent être consultés. Une partie seulement figure aussi sur Gallica ou Europeana, dès lors qu'il n'y a plus de problème de droits.