MTA Tabiat Tarihi Müzesi'nde bulunan bazı bölümler ve sergilenen eserler: Paleontoloji Bölümü: Mamut, gergedan, fil gibi büyük memeli hayvanların fosilleri; deniz canlılarına ait fosiller; dinozor fosilleri ve rekonstrüksiyonları; bitki fosilleri. Mineroloji ve Petrografi Bölümü: Değerli ve yarı değerli taşlar; nadir bulunan mineraller; volkanik, metamorfik ve sedimanter kayaç örnekleri. Biyoloji Bölümü: Türkiye'de yaşayan kuş türlerinin doldurulmuş örnekleri; memeli hayvan örnekleri; sürüngen ve amfibi örnekleri; böcek koleksiyonları; deniz canlıları örnekleri. Diyorama Bölümü: Türkiye'nin hayvan ve bitkilerine ait canlandırma vitrinleri. Mağara Modeli ve Çökelme Ortamı Maketi: Mağara modeli ve çökelme ortamını gösteren maket. Prehistorya Bölümü: Tarih öncesi insanların kullandığı alet ve malzemeler. Müzede ayrıca, MTA Genel Müdürlüğü'nün arazi ve laboratuvar çalışmalarında kullanılan araç, gereç ve malzemeler de sergilenmektedir. Girişin ücretsiz olduğu müze, Pazartesi günleri hariç her gün 09:00-17:00 saatleri arasında ziyarete açıktır.