Η εξέλιξη της ζωής στη γη, από τους πρώτους μονοκύτταρους οργανισμούς που εμφανίστηκαν στον πλανήτη μας, πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, μέχρι τα σύγχρονα οικοσυστήματα παρουσιάζεται μέσα από αναπαραστάσεις και χαρακτηριστικά απολιθώματα, πολλά από τα οποία προέρχονται από περιοχές που έχουν αναγνωριστεί ως Παγκόσμια Γεωπάρκα UNESCO.

Παρουσιάζονται σημαντικά εκθέματα όπως:  

ο σιδηρομετωρίτης - που παραπέμπει στην περίοδο σχηματισμού του πλανήτη, οι στρωματόλιθοι - πετρώματα που δημιούργησαν οι πρώτοι μονοκύτταροι οργανισμοί, τριλοβίτες - πρωτόγονοι πολυκύτταρων οργανισμοί που έζησαν στις αρχαίες θάλασσες πολύ πριν εμφανιστούν τα πρώτα φυτά της ξηράς, ψιλόφυτα - τα πρώτα φυτά της ξηράς, φτέρες και καλαμίτες – πρωτόγονα φυτά που σχημάτιζαν πυκνά δάση την περίοδο του Λιθανθρακοφόρου, τα πρώτα δένδρα που εμφανίσθηκαν στη γη, χαρακτηριστικά απολιθώματα από τα απολιθωμένα δάση της Αριζόνα, της Υanqing – Πεκίνου, της Ανταρκτικής και της Αργεντινής.

Η παρουσίαση της χλωρίδας του Απολιθωμένου Δάσους Λέσβου περιλαμβάνει εντυπωσιακά απολιθώματα, αντιπροσωπευτικά των διαφορετικών φυτών που έχουν αποκαλυφθεί και προσδιοριστεί στην ευρύτερη περιοχή της Δυτικής Λέσβου. Στα εκθέματα περιλαμβάνονται απολιθωμένοι κορμοί κωνοφόρων και καρποφόρων δένδρων, κλαδίσκοι, αποτυπώματα φύλλων, καρποί και ρίζες δέντρων.

Mε γραφήματα μεγάλων διαστάσεων παρουσιάζονται τα είδη των φυτών που παρουσιάζονται στην έκθεση:

φοινικοειδή, δαφνίδες, δέντρα κανέλλας, τίλιου, οξιάς, βαλανιδιάς, καρυδιάς, σκλήθρου, πλάτανου, γαύρου, πευκίδων και πρωτοπευκίδων, τάξου, κυπαρισσίδων, κουνιχάμιας και σεκόιας. Στο «διόραμα σεκόιας», με την αξιοποίηση γραφημάτων και απολιθωμένων κορμών ο επισκέπτης μεταφέρεται νοητά στο υποτροπικό δάσος που κάλυπτε τη Λέσβο πριν από περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια.

Ο θαλάσσιος χώρος δυτικά της Λέσβου που περιλαμβάνει και τη νησίδα Νησιώπη ήταν τμημα της Αιγηίδας χέρσου πριν από 20 εκατομμύρια χρόνια. Το υποτροπικό δάσος προεκτείνονταν και στην περιοχή αυτή, όπου σήμερα συναντώνται πολλά απολιθώματα κορμών δέντρων και τμημάτων κλαδίσκων και ριζών κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Στην ενότητα παρουσιάζονται απολιθώματα που ανελκύθηκαν, μετά από προσεκτική συντήρηση και τον καθαρισμό τους από τα άλατα αλλά και τους θαλάσσιους οργανισμούς που για πολλά χρόνια τα είχαν μετατρέψει σε κατοικία τους. 

Παρουσιάζονται απολιθώματα ζώων που έζησαν στην περιοχή του Απολιθωμένου Δάσους. Σε ειδικά διαμορφωμένη προθήκη εκτίθεται η απολιθωμένη κάτω γνάθος που ανήκει σε προγονική μορφή προβοσκιδωτού ζώου από την περιοχή του Γαβαθά.

Προσδιορίστηκε ως Προδεινοθήριο, Prodeinotherium bavaricum. Το απολίθωμα που βρέθηκε στο Γαβαθά αποτελεί ένα από τα παλαιότερα απολιθώματα σπονδυλωτών ζώων στην Ελλάδα και προέρχεται από ένα από τα πρώτα προβοσκιδωτά που μετανάστευσαν από την Αφρική προς την Ευρώπη. Στην προθήκη, εκτός από την απολιθωμένη κάτω γνάθο του ζώου, βρίσκεται και το τμήμα του πετρώματος μέσα στο οποίο αυτό βρέθηκε, το οποίο διατηρεί τα αποτυπώματα των δοντιών της γνάθου, καθώς επίσης και τμήματα των οστών που συνέδεαν την κάτω γνάθο με το κρανίο του ζώου.

Η ενότητα περιλαμβάνει αντιπροσωπευτικά φυτικά απολιθώματα διάφορων γεωλογικών εποχών από διάφορες απολιθωματοφόρες θέσεις του Ελλαδικού χώρου. Σε προθήκες εκτίθενται εντυπωσιακά απολιθώματα φύλλων, καρπών και ξύλου από περιοχές του Έβρου, της Λήμνου, της Κύμης και του Αλιβερίου Εύβοιας, της Βεγόρας, της Ελασσόνας και της Σαντορίνης. Τα απολιθώματα αυτά καταδεικνύουν την εξέλιξη των φυτών αλλά και τις μεταβολές του κλίματος στον Ελλαδικό χώρο κατά τα τελευταία 20 εκατομμύρια χρόνια. Εντυπωσιακά είναι κυρίως τα ευρήματα από τη Σαντορίνη: επάνω σε ηφαιστειακή στάχτη προερχόμενη από έκρηξη του ηφαιστείου της Σαντορίνης πριν από περίπου 50-60.000 χρόνια έχουν διατηρηθεί με κάθε λεπτομέρεια αποτυπώματα φύλλων φοίνικα, αλλά και φύλλα ελιάς που αποτελούν σπανιότατο εύρημα από το Μεσογειακό χώρο. 

Η ενότητα είναι αφιερωμένη στη διαδικασία διατήρησης των οργανισμών, την απολίθωση, μια διαδικασία η οποία συνδέεται άμεσα με τη δημιουργία του Απολιθωμένου Δάσους Λέσβου. Στη μακέτα κυριαρχεί η εικόνα της Μέδουσας με τα άγρια μάτια και με φίδια αντί για μαλλιά. Η Μέδουσα, σύμφωνα με την Ελληνική Μυθολογία, είχε τη δύναμη με το βλέμμα της να απολιθώνει οποιοδήποτε ζωντανό πλάσμα το κοιτούσε στα μάτια.

Στις προθήκες εκτίθενται εντυπωσιακά απολιθώματα, τα οποία αντιπροσωπεύουν τους διαφορετικούς τύπους απολίθωσης, όπως η διατήρηση της αρχικής ύλης, η ανακρυστάλωση, η αποτύπωση, η διατήρηση των μαλακών ιστών, η αντικατάσταση, η ενανθράκωση, η διατήρηση ιχνών, η περιασβέστωση. Η ενότητα ολοκληρώνεται με παρουσίαση των σταδίων δημιουργίας του Απολιθωμένου Δάσους Λέσβου, ενός χαρακτηριστικού παραδείγματος αντικατάστασης των οργανικών ενώσεων του άνθρακα στην δομή του ξύλου από διοξείδιο του πυριτίου.