Die Sammlung des Naturkundemuseums umfasst über 2 Millionen Objekte. Dazu gehören zoologische, botanische, paläontologische, geologische und ethnografische Sammlungen. Die Ausstellungen sind in drei Bereiche unterteilt: Rumäniens Artenvielfalt, Ökosysteme aus aller Welt sowie prähistorische und marinebiologische Ausstellungen.
Die Naturausstellungen präsentieren unter anderem Präparatoren und Tiermodelle in thematischen Dioramen. Es gibt auch rekonstruierte Skelette von Tieren, darunter ein ausgestorbenes Mastodon und ein moderner Wal.
Die ethnografische und anthropologische Sammlung umfasst über 2.000 Exponate aus aller Welt. Unter den gesammelten Gegenständen befinden sich unter anderem Ägyptische und peruanische Mumien, traditionelle indonesische Waffen, afrikanisches Kunsthandwerk und präkolumbianische Keramik. Sie können hier auch Repliken von Cro-Magnon-Schädeln sehen.