Le collezioni relative alle Scienze della Terra sono rappresentate da raccolte petrografiche, mineralogiche e paleontologiche strettamente legate al territorio bresciano. I maggiori giacimenti paleontologici rappresentati all’interno delle collezioni riguardano il Permiano inferiore continentale dell’alta Val Trompia ad impronte di tetrapodi e resti vegetali, il Triassico superiore dell’alta Valvestino e dell’alta Valle del Garza a vertebrati ed invertebrati marini, il Liassico ad ammoniti del M. Domaro, sede dell’unico stratotipo italiano per il Giurassico. Resti dei grandi mammiferi del Quaternario provengono dalle alluvioni del fiume Oglio (a sud di Brescia) e dalle grotte della fascia pedemontana nei dintorni orientali della città. Tra i minerali bresciani assumono un particolare valore quelli provenienti dal massiccio dell’Adamello e dalle miniere presenti nelle tre valli bresciane, in special modo l’alta Val Trompia e la Val Camonica.

Nell’erbario del museo sono presenti numerose collezioni di piante vascolari, di muschi e di licheni. Alcune di queste collezioni hanno un grande valore storico, l’erbario Richiadei (1623) per esempio, è conosciuto come primo erbario bresciano, altri provengono da istituzioni importanti, l’erbario del 1677 dell’Orto botanico di Padova, oppure l’erbario della famiglia Montini, quest'ultimo recentemente donato al museo e ora in fase di restauro; a questi importanti documenti storici si aggiungono numerose collezioni di piante vascolari per un totale di circa 30.000 exsiccata, raccolti principalmente nella regione prealpino-alpina.