Il museo si articola in sette sezioni, coltivando una gran varietà di interessi che spaziano dall’archeologia alle scienze naturali, dall'astronomia, all'arte e alle nuove tecnologie.

Con l'esposizione dal titolo Dal dato al pensato, il museo presenta le sale archeologiche, dalla preistoria al medioevo, e la preziosa collezione della Magna Grecia donata nel 1935 dall'archeologo Paolo Orsi.

Una sezione è dedicata alla zoologia, con la sala di ornitologia, che presenta una delle più importanti collezioni regionali italiane, e quelle riservate ai mammiferi e ai mammiferi esotici; il settore dedicato alla botanica propone un erbario con 35000 campioni e una micoteca.

Alla sezione sulla scienza della terra appartengono le sale dedicate a rocce, minerali e paleontologia;

La sezione storico-artistica comprende un patrimonio artistico di varie origini, con opere e manufatti di diverse epoche provenienti in gran parte dall'area trentina; in un'altra sezione è esposto un ricco patrimonio numismatico.

La sezione sull'astronomia propone lezioni agli studenti e ogni week-end lo spettacolo al planetario situato nel giardino del museo, dotato di una cupola di 6 metri. Sul Monte Zugna, a 1620 metri d'altitudine, è invece collocata la nuova struttura dell'Osservatorio Astronomico, nel quale si svolge attività didattica e di ricerca.