Le muséum est constitué d’un patrimoine scientifique important, le plaçant parmi les premiers de France, en nombre de spécimens. Ses collections couvrent tous les domaines de l’histoire naturelle : zoologie générale, faune régionale, minéralogie, vivarium abritant reptiles exotiques ou régionaux… Il accueille également des expositions temporaires.

Galerie de zoologie : Ce sont plus de mille spécimens d’animaux vertébrés qui ont été sélectionnés, étudiés, restaurés et organisés selon un parcours qui propose aux visiteurs une classification moderne du monde animal, sous-tendue par les principes de l’évolution, seuls capables d’expliquer la complexité du monde vivant.

Galerie des Sciences de la Terre et de l'Univers : Constituées depuis le 19ème siècle, les collections des Sciences de la Terre et de l'Univers regroupent les minéraux, roches et fossiles. La collection de météorites, l'une des plus riches de France, illustre nos connaissances sur l'Univers.

Vivarium : Une vingtaine d’espèces vivantes régionales, nationales et exotiques illustrent la diversité de ce groupe souvent mal aimé.

Malacologie : La collection de coquilles de mollusques du Muséum est le fruit de nombreuses collectes effectuées dans le monde entier au cours du XIXème siècle et au début du XXème siècle.

Collections de botanique : En montant l'escalier qui mène au premier étage, le visiteur découvre une belle collection de planchettes de bois en coupe longitudinale exposées en lambris le long des murs, du vestibule jusqu'au palier du premier étage. Cette présentation date de 1903.

La bibliothèque scientifique : D'une richesse notable, la bibliothèque offre un libre accès à un patrimoine naturaliste unique et original : environ 30 000 livres du XVIe siècle à nos jours, près de 3 000 revues (scientifiques et de vulgarisation), et bien d’autres documents (cartes géologiques, archives,… ).

Médiathèque : Cet espace, spécialisé dans le domaine des sciences, est intégré au réseau de la Bibliothèque municipale de Nantes offrant aux usagers un catalogue commun et la même carte d’abonnement. Cette carte permet d’emprunter 15 documents au choix sur l’ensemble du réseau, pour une durée de 4 semaines. Au muséum, l’emprunt est fixé à 10 ouvrages, 2 DVD et 1 jeu, parmi plus de 8.000 références disponibles en prêt ou en consultation sur place.

Mais également des expositions temporaires, des animations, des temps de médiations et de nombreux événements à découvrir sur https://museum.nantesmetropole.fr/