Le Musée, à travers un aménagement spécial des objets, illustre l'histoire paléontologique de l'Italie et l'histoire de la vie sur Terre. Les squelettes de grands proboscidiens, dont un mastodonte aux longues défenses et à la carrure trapue, et un grand éléphant adulte de quatre mètres de haut, ont un grand impact sur le visiteur. Le musée expose aussi les squelettes d’animaux qui vécurent en Toscane il y a des millions d'années, lorsque le territoire était une savane: le lion des cavernes, le léopard, le tigre à dents de sabre. Mais aussi les squelettes des sirénides, parents éloignés des éléphants et ancêtres des Dugongs et lamantins encore présents dans les océans Atlantique et Indien. Une pièce entière est dédiée au cheval qui avait à l'origine les dimensions d'un chien de taille moyenne, tandis qu'une découverte d'une valeur extraordinaire pour l'étude de l'évolution et unique au monde est le squelette de l’Oreopithecus bambolii, un singe anthropomorphe vécu il y a 9 millions d'années qui présente de nombreuses similitudes avec les hominidés. Pour la partie consacrée aux fossiles des continents extra-européens, on trouve les squelettes de grands oiseaux non volants, de spécimens d'ammonites et autres invertébrés fossiles de différentes époques géologiques. L'exposition se termine par la très moderne "Salle de la baleine", un espace immersif dans lequel les visiteurs peuvent se promener "sur le fond marin", près du squelette d'une baleine de 10 mètres de long qui a vécu il y a trois millions d'années.