Kernstück des Sternentheaters ist der Planetariumsprojektor im Zentrum der acht Meter großen Kuppel. Er zaubert einen fast naturgetreuen Sternhimmel an die Kuppel und zeigt die Bewegungen von Sonne, Erde, Mond und Planeten.

Im Jahre 2013 wurde der alte Sternenprojektor vom Typ "Skymaster" ZKP 2 nach über 25 Jahren Betrieb durch das modernere Gerät ZKP 4 von Zeiss ersetzt. Nun wird ein viel brillanterer Sternhimmel dargestellt. Die nun vom Computer angesteuerten Planetenprojektoren zeigen die Stellungen von Sonne, Mond und Planeten über Jahrtausende hinweg so exakt an, wie es das menschlische Auge sehen kann. Damit können die natürlichen Bewegungen zeitlich stark gerafft wiedergegeben werden.

Seit 2011 wird der Projektor durch eine Fulldome-Videoprojektionstechnik Definiti der Firma Sky-Skan ergänzt. Angesteuert von Hochleistungsrechnern werden Bilder und Videos auf die 100 Quadratmeter große Fläche der ganzen Kuppel projiziert. Erstmals werden dazu 5 Beamer mit LED-Projektionstechnik eingesetzt, die eine hohe Farbbrillianz und lange Lebensdauer erwarten lassen.

Ermöglicht wurde die Erneuerung durch ein großzügige Spende der Sparkasse Osnabrück an den Naturwissenschaftlichen Verein Osnabrück, der die Technik dem Museum der Stadt Osnabrück schenkte.