Neben Exponaten aus der heutigen Tier- und Pflanzenwelt werden zahlreiche Funde aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit von Rheinland-Pfalz gezeigt. Besonders hervorzuheben sind das ca. 44 Millionen Jahre alte Urpferdchen aus dem Eckfelder Maar und die Sammlung eiszeitlicher Tiere. Weltberühmt ist die Mainzer Quagga-Gruppe. Als einziges Museum besitzt das Naturhistorische drei Exemplare dieser ausgestorbenen Zebraart von weltweit nur noch 23 präparierten Tieren.
Das Naturhistorische Museum ist als Bildungseinrichtung unserer Gesellschaft mit ihren demokratischen Grundwerten verpflichtet. Das Sammeln, Bewahren, Erforschen und Vermitteln eines gemeinsamen naturwissenschaftlichen Erbes und seine Weitergabe an nachkommende Generationen sind Kernaufgaben. Hier wird der Respekt vor der Vielfalt der Natur sowie das Verständnis für die gemeinsame Geschichte von Mensch und Natur gefördert.