Il Museo, attraverso un apposito allestimento dei reperti, illustra la storia paleontologica d'Italia e la storia della vita sulla Terra. Di forte impatto sono gli scheletri di grandi proboscidati, tra cui un mastodonte dalle lunghe zanne e di corporatura tozza, e un grande elefante adulto alto quattro metri. Esposti anche gli scheletri di animali vissuti milioni di anni fa in Toscana, quando il territorio era una savana: il leone delle caverne, il leopardo, la tigre dai denti a sciabola. In mostra gli scheletri di sirenidi, lontani parenti degli elefanti e progenitori dei Dugongidi e dei Lamantini ancora presenti nell’Oceano Atlantico e in quello Indiano. Un’intera sala è dedicata al cavallo che in origine aveva le dimensioni di un cane di media statura, mentre un reperto di straordinario valore per lo studio dell’evoluzione e unico al mondo è lo scheletro dell’Oreopithecus bambolii, una scimmia antropomorfa vissuta 9 milioni di anni fa che ha molte similitudini con gli ominidi. Per la parte dedicata ai fossili dei continenti extraeuropei sono presenti gli scheletri di grandi uccelli non volatori, esemplari di ammoniti e altri invertebrati fossili delle varie ere geologiche. Chiude l’esposizione la modernissima “Sala della balena”, uno spazio immersivo nel quale il visitatore può camminare ‘sul fondo del mare’, a fianco dello scheletro lungo 10 metri di un balenotteride vissuto tre milioni di anni fa.