Muzeul deține o importantă colecţie de fosile, dar şi exemplare rare din flora şi fauna judeţului Neamţ, îndeosebi a muntelui Ceahlău, simbolul natural al județului Neamț.

În acest loc putem admira şi o colecţie interesantă de flori de mină. De asemenea, sunt expuse exemplare de bivalve, gasteropode, arachnidae şi reptile din formaţiunile Oligocene de la Piatra-Neamţ, alcătuind colecţia de paleoihtiofaună, care reprezintă o sursă importantă de informaţii despre paleoecologia Paratethysului din timpul Oligocenului.