Экспозиция «Минералогия» представлена систематической и генетической коллекциями минералов с разных месторождений мира и размещена в 22 витринах. Систематическая коллекция отображает разнообразие и богатство химических соединений. Минералы подобраны по современной классификации академика Е.Лазаренко, в основу которой положен их химический состав, пространственное размещение кристаллической решетки, отдельных атомов или групп элементов, характер их химических связей, координации и упаковки. Все минералы разделены на классы.

Петрография - наука, которая всесторонне изучает горные породы. Изучение пород имеет большое значение при поисках полезных ископаемых, поскольку, они являются составной частью горных пород в виде тел разнообразных форм, вкраплений и т.д. В большинстве случаев горные породы являются полезными ископаемыми. По условиям формирования горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические. Это нашло своё отображение в экспозиции, которая занимает 16 витрин с образцами, собранными во многих странах мира.

В этой экспозиции представлены богатства недр Украины. В витринах можно увидеть каменный уголь Донбасса; граниты, кварциты, лабрадориты, пегматиты, кварцы, топазы Житомирщины. Закарпатские полиметаллические руды, андезиты, каолины, киновары; с Львовщины и Ивано-Франковщины - гипсы, сера, озокериты, соли Калушского калийного месторождения. Нефть представлена с месторождений Днепрово-Донецкой впадины и Прикарпатья.

Экспозиция «Историческая геология» переносит нас в далёкое прошлое и в хронологической последовательности показывает этапы развития земной коры, изменения животного и растительного мира на протяжении геологического времени. Всю историю Земли делят на пять крупных естественных этапов развития, получивших название эр: архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская, и кайнозойская. Все эти естественные отрезки геологической истории Земли объединены в геохронологическую шкалу и представлены в витринах образцами пород и окаменелостями основных групп вымерших организмов.

Палеонтология изучает ископаемые остатки животных и растений, которые существовали на протяжении геологической истории Земли. В экспозиции представлены простейшие, кишечнополостные, пластинчатожаберные, плеченогие, брюхоногие, головоногие и членистоногие. Среди простейших экспонируются нумулиты из Крыма, из кишечнополосных – кораллы разных форм и цветов, из головоногих - поперечный разрез наутилуса. Членистоногие представлены сохраненными отпечатками комаров и стрекоз. Класс рыб иллюстрируется отпечатками рыб юрского периода, найденных на территории Гренландии, Лиона, Баварии. Хищники представлены отдельными костями, зубами, челюстью пещерного медведя. Есть в экспозиции бивни мамонта.