Fosilijos
Išskirtinė, įdomi ir turtinga skirtingu geologiniu laikotarpiu suakmenėjusių mikro ir makro organizmų – fosilijų – kolekcija. Fosilijos – suakmenėjusios organizmų liekanos, jų atspaudai ar veiklos pėdsakai Žemės sluoksniuose – praeityje Žemėje egzistavusios gyvybės įrodymai. Fosilijos paleontologams yra svarbiausias informacijos šaltinis, leidžiantis pažvelgti ne tik į geologinę Žemės praeitį, bet ir į gyvybės istoriją.
Seniausi radiniai ekspozicijoje – 435 mln. metų stromatolitai (vienaląsčių organizmų kolonijų statiniai) – laikomi seniausia Žemės gyvybės forma, apie 200 mln. metų senumo amonitai iš Rusijos ir iš Papilės (Akmenės raj.); belemnitai, vadinami „velnio kulkomis“; įspūdingas mamuto durklas ir dantis, rasti Trakų rajone, bei kitos fosilijos, kurių gražiausios ir didžiausios pristatomos nuolatinėje ekspozicijoje. Muziejaus puošmena – savo dydžiu ir spalvomis išsiskiriantys suakmenėjusių medžių pavyzdžiai. Tai 225 mln. metų senumo suakmenėję araukarijos kamieno gabalai, rasti Holbruke, Arizonoje (JAV). Tai seniausi Žemėje išsaugoti ir žmonėms žinomi medžiai, kuriuos muziejui dovanojo kolekcininkas Vytautas Matuzevičius.
Svarbiausios ir vertingiausios mokslui fosilijų kolekcijos, sulaukiančios viso pasaulio mokslininkų susidomėjimo, saugomos prie muziejaus esančioje saugykloje. Tai instituto mokslininkų Lilijos Rotkytės, Vytauto Saladžiaus, Romualdos Mertinienės, Nijolės Sidaravičienės, Lidijos Paškevičienės, Juozo Valiukevičiaus surinktos ir aprašytos vertingos kolekcijos.