Le collezioni naturalistiche sono collezioni storiche, del XIX e XX secolo, e collezioni recenti frutto di donazioni e diretta acquisizione del Museo. La maggior parte dei reperti di zoologia e botanica ha stretto riferimento con il territorio regionale e italiano accanto ad una ridotta rappresentanza di campioni europei e esotici. Le collezioni mineralogiche e geo-paleontologiche presentano sia reperti locali che provenienti da tutto il mondo con l’obiettivo di esporre la ricca geodiversità che caratterizza il nostro pianeta.
La Sezione Naturalistica presenta un percorso di Scienze della Terra con tematiche di astronomia, mineralogia e geologia con particolare riferimento alla geologia del territorio e un percorso di Scienze della Vita che espone i diversi gruppi dei viventi secondo una chiave di lettura sistematica ed ecologica.