Le collezioni di Mineralogia, iniziate ai tempi dei Medici, per valore storico e scientifico e per consistenza, fanno del Museo il più importante in Italia ed uno dei più conosciuti all'estero.

I campioni assommano a circa 50000. Tra tutti spiccano i grandi geodi di ametista, il cristallo di topazio di 151 Kg (il secondo del mondo), un'acquamarina di quasi 100 kg e poi quarzi, legni silicizzati, tormaline, pepite d'oro e tante pietre preziose e meteoriti.

La collezione medicea comprende coppe, tazze, cofanetti, sigilli, tabacchiere finemente lavorate in diaspro, calcedonio e giada, fra le quali una coppa pregiata in diaspro reca incisa la sigla Laur-Med di Lorenzo il Magnifico. Notevole è anche il vaso a navicella in quarzo ialino traslucido, proveniente dalla Tribuna degli Uffizi, e la coppa di lapislazzulo con la sagoma di una conchiglia decorata da animali marini, menzionato dal Vasari.

Fra le pietre preziose figurano quarzi, zirconi, granati e smeraldi, tagliati, oltre ad alcuni diamanti grezzi.