Bei der Planung des Phantechnikums wurde Wert auf flexible Nutzungsmöglichkeiten gelegt, um die ehemalige Kaserne den zukünftigen sich entwickelnden Anforderungen anzupassen. Das vorhandene Kasernengebäude wurde komplett für die Museumsnutzung umgebaut. Im Vordergrund des Entwurfs stand die Umsetzung eines besonderen Museums-Konzeptes.

Das vorhandene Gebäude wurde im historischen Bestand saniert bzw. umgebaut. Die größeren notwendigen Umbauten im Südwest- und Südostflügel bilden dabei eine Besonderheit. In diesem Bereich wurde ebenfalls die Fassade zum Innenhof deutlich verändert. Es wurden die Fensterachsen im EG aufgebrochen und große Öffnungen angeordnet. So entstehen Sichtbeziehungen vom Ausstellungsinnenraum zum Außenraum des Innenhofes. Die Struktur des übrigen Gebäudes bleibt weitgehend mit der bestehenden Tragkonstruktion erhalten.

Die beiden Neubauten, Eingangs- und Depotgebäude, heben sich in der Gestaltung deutlich vom Bestand ab. Je nach ihrer Funktion wurden sie völlig unterschiedlich gestaltet. Bei dem Eingangsgebäude handelt es sich um einen weitgehend transparenten eingeschossigen Glaskubus, der für die Korrespondenz zwischen Innen- und Außenraum sorgt.
Das Depotgebäude zeigt durch seine Geschlossenheit die Lagerfunktion. Als eine Art Bewahrungsbox begrenzt der Neubau den Innenhof in nordwestliche Richtung.

Der Glaskubus, der durch den Südostflügel eingeschoben ist, kennzeichnet dem Besucher deutlich den Eingangsbereich. Hier sind Foyer, Kasse, Garderobe, Shop und ein Museumscafé beherbergt.
Er öffnet sich zu dem Innenhof und es erschließt sich dem Besucher die Ausstellung in zwei Richtungen über drei Etagen. Durch Öffnung des alten Kasernengebäudes wird die Integration von Großexponaten im Außenraumes erlebbar.

Im Ausstellungsbereich des Nordostflügels  wird für einen museal nutzbaren Innenraum das Prinzip der eigentlichen Flure umgekehrt. So werden diese zu Räumen umfunktioniert und die Wegeführung erfolgt über die miteinander verbundenen Ausstellungsräume. In den sogenannten Raumnischen können Kleinexponate ausgestellt werden, Sitzgelegenheiten angeordnet, oder auch Räume zur Anschauung oder zum Experimentieren untergebracht werden.

Die feierliche Eröffnung des phanTECHNIKUM fand am 26.11.2012 statt. Seit dem 01.12.2012 ist das Museum für die Öffentlichkeit zugänglich.