Nel Museo sono conservati fossili e rocce che, nel loro insieme, documentano gli ultimi due miliardi di anni di storia della terra. La collezione più cospicua è comunque costituita da reperti fossili provenienti da località toscane dove affiorano alcune classiche successioni sedimentarie mesozoiche e cenozoiche. Meritano particolare attenzione le stupende malacofaune recuperate nei depositi pliocenici che affiorano nel bacino dell'Arno, del Cecina e dell'Ombrone.