این بخش با 1384 نمونه مشتمل بر نمونه های سنگ، کانی، فسیل، ساختارهای رسوبی، تابلوهای آموزشی و ... می باشد. هر کدام از این دسته ها نیز بر اساس طبقه بندی های موجود در موزه های زمین شناسی سایر نقاط دنیا طبقه بندی گردیده اند. گروهای مختلف کانی ها شامل عناصر، سولفیدها و سولفات ها، نمک ها، سیلیکات ها، غیر سیلیکاتها و ... غنی ترین بخش را به خود اختصاص داده اند. طبقه بندی کانیها نیز بر اساس رده بندی رایج آنها یعنی سیلیکاتها و غیر سیلیکاتها صورت گرفته است. مجموعه کانیهای قیمتی و نیمه قیمتی منحصر به فردی هچون یاقوت سرخ، زمرد، عقیق‌، توپاز، کوارتز دلربا، آمیتیست و... نیز جذابیت ویژه ای به این بخش داده است. مجموعه سنگهای آذرین درونی و بیرونی، آذرآواری، دگرگونی و رسوبی، از دیگر بخش های جالب موزه می باشد.

فسیل های جانوری (بی مهرگان) در این بخش مربوط به دورانهای مختلف زمین شناسی بوده و بر اساس شاخه به 5 گروه اسفنج ها ، بازوپایان، نرم تنان، بندپایان و خارپوستان تقسیم بندی شده اند. در بخش مهره داران نمونه های بی نظیری از فسیل های ماهی با سن ائوسن به همراه ماکت هایی از سر و رد پای دایناسور موجود می باشد. فسیل های گیاهی البرز و ایران مرکزی متعلق به دوران دوم زمین شناسی موجود در این بخش مربوط به سه راسته بزرگ سرخس ها، بنتیتالها و نیلسونیاها می باشد.