Η συλλογή των αγγειόσπερμων-δικοτυλήδονων φυτών περιλαμβάνει πολλές οικογένειες. Από αυτές συχνότερα εμφανίζονται στο Απολιθωμένο Δάσος οι δαφνίδες (Lauraceae) και οι φηγίδες (Fagaceae) που ανήκουν στα δικοτυλήδονα. 

Η συλλογή περιλαμβάνει εντυπωσιακά πυριτικά ορυκτά, τα οποία παρουσιάζονται με μια μεγάλη ποικιλία μορφών όπως χαλαζίας, πράσιος, αμέθυστος, ορεία κρύσταλλος, καπνίας, χαλκηδόνιος, ροζ χαλαζίας.

Το μουσείο διαθέτει μια πλούσια συλλογή ορυκτών και πετρωμάτων από την Ελλάδα και το εξωτερικό, η οποία εμπλουτίζεται συνεχώς.

Στη συλλογή περιλαμβάνονται φυτικά απολιθώματα από απολιθωματοφόρες θέσεις σε όλη την Ελλάδα που ανήκουν σε μια μεγάλη ποικιλία φυτών και δίνουν την εικόνα της βλάστησης και της αλλαγής του κλίματος στις διαφορετικές χρονικές περιόδους τα τελευταία 30 εκατομμύρια χρόνια.

Η συλλογή περιλαμβάνει τα απολιθώματα που ήρθαν στο φως από τις συστηματικές ερευνητικές εργασίες του Μουσείου στο θαλάσσιο χώρο της Δυτικής Λέσβου, οι οποίες ξεκίνησαν το 2001.