基于读者需求，构建读者咨询服务体系。综合咨询台提供一般性的综合咨询，指引读者找到所需文献；各服务点提供本服务点所藏文献有关的文献咨询；社会科学咨询室、科学技术咨询室提供专业咨询，通过定题咨询跟踪、科技查新、文献收录引用查证、事实查询、文献综述撰写等服务方式，满足读者和用户专业性的文献信息需求；企业信息服务中心提供媒体原稿、危机预警、市场数据、行业动态、研究报告等深加工情报产品，开展信息定制服务；立法决策服务部门为中央国家领导机关立法决策提供文献信息支持和保障，开展“两会”服务、信息专报、高层讲座、人大立法咨询等项服务。
同时，开通网上咨询台，提供网络实时咨询，主要为远程读者提供信息服务。阅览服务开放27个阅览室，采取开架或闭架服务的方式，提供中外文书刊报、古籍善本特藏、特色专藏文献、缩微文献、数字资源的阅览服务，其中开架服务的阅览室达17个。读者除了持国家图书馆读者卡进入阅览室外，还可以直接持本人第二代身份证进入开架服务的阅览室（13岁至16岁读者需持国家图书馆读者卡进入）。
在中文图书借阅区提供近三年（含当年）部分中文图书（含随书附盘）近50万册中文新书的外借服务；在基藏外文图书外借出纳台提供近二十年基藏书库所藏外文图书的外借服务；在数字共享空间提供手持阅读器（或读者自带手持电子书阅读器）外借服务，可下载阅读电子图书资源平台上提供的电子图书；在线读者还可利用本馆网站外借方正电子图书（Apabi）。
文献提供中心为读者和用户提供文献查询、文献传递、资料翻译等文献提供服务。读者和用户可通过各种通讯方式或中国国家图书馆馆际互借与文献传递系统提出文献请求，文献提供中心将满足读者和用户在本地图书馆、文献信息机构无法解决的文献信息需求。
文献提供中心办理馆际互借、国际互借业务。本馆与国内各地图书馆建立了业务联系，建立了文献提供协作网；本馆与国际67个国家，500多家图书馆建立了馆际互借的关系。凡是国内外与本馆建立馆际互借关系的图书馆或单位可通过中国国家图书馆馆际互借与文献传递系统或其他通讯方式向文献提供中心提出互借文献的请求，文献提供中心将为图书馆和单位提供馆际互借、文献传递服务。
本馆在阅览室和公共服务区设立多处人工复制处和自助复制处，利用现代化、专业化的文献复制设备，为到馆读者提供馆藏文献复制、扫描、打印、缩微胶片还原、拍照、装订、光盘刻录等多项业务。
本馆从1953年起，开始举办学术讲座（报告会），郭沫若、老舍、巴金、丁玲等文学名家都在本馆作过学术讲座，本馆的讲座服务成为社会教育和知识传播的重要窗口。多年来，推出了“文津讲坛”、“世界图书馆馆长论坛”、“中国典籍与文化”、“文津读书沙龙”等一系列形式多样、内容丰富的公益性学术讲座，为专家学者与普通大众搭建了沟通交流的平台。
本馆自1929年举办“图书展览会”起，拉开了主办各种类型文化展览的序幕，成为馆藏介绍和社会教育的重要窗口。近年来，在国家财政的支持下，坚持普及化、生活化、学术化、信息化、国际化的宗旨，多次举办国内外知名的大型文化展览，取得了良好的社会效益与经济效益。
本馆培训秉持服务社会的宗旨，多年来与国内外知名学术与文化机构合作，针对图书馆界及社会各界的需求，长期开展读者培训、各类图书馆业务辅导、学历教育以及继续教育，为业界和社会培养出大量专门人才。
本馆提供自助办证服务。年满十六周岁读者凭二代身份证即可在自助办证充值机上自助办理普通读者卡；凭读者卡或二代身份证自助完成增加借书功能、修改借阅密码、以及读者卡验证等功能。
本馆提供自助充值服务。年满十六周岁读者凭二代身份证即可在自助办证充值机上自助办理普通读者卡，凭读者卡或二代身份证自助完成充值功能。
本馆为了方便读者借还图书，引进了RFID自助借还书系统。RFID自助借还书系统不仅实现了馆藏架上查找、盘库和排架检查的（半）自动化和智能化，还实现了读者根据自己的需要自助借书和还书。本馆在总馆南区东大门设有室外自助还书机，读者可在24小时自助还书。
“掌上国图”以手机、平板电脑、电子书阅读器等移动终端为媒介，提供WAP网站、短/彩信服务、移动应用程序、手持阅读等多种服务形式，为读者打造了一个随时、随地、随身的图书馆。
1.手机门户
2.短/彩信服务
3.应用程序
国家图书馆为苹果系统和安卓系统推出了一系列精彩的应用程序，包括服务类应用程序——国家数字图书馆，以及资源类应用程序——国图选粹、年画撷英、文津经典诵读、艰难与辉煌全媒体杂志、三言两拍、四大谴责小说。截止到目前，有43个国家的用户访问了国图应用程序。
4.手持阅读器
掌上国图阅读器是国家图书馆为读者定制的一款电纸书，采用电子纸技术和电子墨水技术，能够实现健康、不伤眼的阅读。这款手持阅读器装载了大量国图精品图书、图片、期刊，并装有大量国图举办讲座的音频，让读者能够全方位享受阅读乐趣。
本馆已建立了万兆光纤骨干网络，具备6000多个网络节点的千兆桌面接入能力，高达数百兆的互联网出口带宽同时连接到中国联通和中国电信。拥有到中国教育网、中国科技网、政务外网、中央党校图书馆、中央社会主义学院、广电网、歌华有线、中国残联、国务院法制办的互联专线，同时参与我国下一代互联网（CNGI）项目，拥有1000兆IPv6连接。通过高性能、多链路的网络，本馆向党政军、教育科研及广大公众用户提供各种资源和先进服务。
本馆已开通无线网络接入服务，完成总馆南区、总馆北区和文津街馆区的全面覆盖。读者可以摆脱网线的束缚和地理位置的限制，在阅览区内的任何一处访问国图网络资源。
数字电视服务是本馆与北京歌华有线公司合作把本馆中适合数字电视发布的资源和服务通过北京地区的有线电视网络推送到北京的300万数字电视家庭中。本馆将向读者提供“国图讲座”、“国图展览”、“电视阅读”、“国图精华”等多种形式的服务内容。在内容选材上，主要播送面向大众的服务内容，读者也可以通过交互式门户获得更多个性化的服务内容。
数字资源触摸体验系统是为了向读者更好地展示国家图书馆的资源和服务而推出的。它是一种新型的人机交互设备，读者无需键盘和鼠标，只需手指轻触液晶显示屏的图形、文字或按钮，便可实现触摸体验系统内数字资源的浏览与互动，其方便、快捷、人性化的设计受到了读者的欢迎。该系统依托国家图书馆的馆藏资源和各项服务，为读者提供了内容丰富的资源展示。
目前，国家图书馆数字资源触摸体验系统展示的内容已经包含馆藏资源、电子报刊、在线讲座、在线展览、服务介绍、文津图书奖、中国政府公开信息整合服务平台等内容。
针对少儿读者的特点，国家图书馆少年儿童馆内的触摸体验系统展示了连环画、少儿期刊、电子图书、少儿游戏、少儿原创作品等资源，寓教于乐，丰富了少儿读者的阅读生活。
本馆虚拟现实服务分为虚拟导航和读者站。借助计算机系统对国家图书馆二期馆区的物理建筑结构和阅览室分布等实现环境模拟，读者可通过下载程序，虚拟地“参观”、了解本馆新馆的建筑和业务布局。同时，在馆内特定地点布置专门设备，提供图书馆电子图书的浏览服务与体验。读者可通过非接触式的虚拟交互方式翻阅计算机上的电子图书。
本馆与中国残联信息中心、中国盲文出版社合作，开通了共同建设的中国盲人数字图书馆网站。此举填补了我国盲人数字图书馆的空白。中国盲人数字图书馆，使盲人朋友足不出户就能享受到国家级图书馆的周到服务，与正常人一样共享信息社会的便利，为盲人和视力障碍朋友打开一扇通往浩瀚知识海洋的大门。
国家数字图书馆工程是国家“十五”期间重点文化设施建设项目。国家数字图书馆本着“边建设、边服务”的原则，不断增加数字资源的种类和数量，扩大服务范围，开拓网上服务项目。截至2009年底，数字资源建设已超过327.8TB，自建数字资源总量达239.1TB，通过国家数字图书馆资源统一门户，为读者提供数字资源的一站式服务。目前，已在互联网上发布72万册件、馆域网上发布超过百万册件的电子书。同时，通过国家数字图书馆平台和全国文化信息资源共享平台将数字资源传输到全国各级基层图书馆，为公众提供服务。