Muzeul Naţional de Geologie este unic prin concepţia sa. Ilustrând toate ramurile ştiinţelor geonomice de la formarea planetelor, a mineralelor, a rocilor, a zăcămintelor de substanţe minerale utile, tectonică globală, până la evoluţia vieţii pe Pământ, apariţia omului şi interacţiunea sa cu Terra , muzeul seamănă cu o carte uriaşă din care atât specialiştii, cât şi oamenii obişnuiţi pot afla lucruri interesante.
Ştim că, în cadrul Institutului Geologic al României, în afară de colecţiile păstrate în birourile cercetătorilor, existau, înaintea primului război mondial, în sala colecţiilor, “86 de vitrine cu eşantioane litologice reprezentative pentru alcătuirea geo1ogică a României, 28 de vitrine cu materiale paleontologice şi 12 vitrine cu minerale şi minereuri în cea mai mare parte din România, dar şi unele aduse din excursii în străinatate”.
Uriaşul patrimoniu muzeal de astăzi (cu circa 85 000 de eşantioane) s-a îmbogăţit în timp şi din donaţii ale instituţiilor sau ale persoanelor particulare, majoritatea geologi care au lucrat în institut şi care şi-au lăsat colecţiile în depozite. Însă doar un mic procent din eşantioanele deţinute sunt expuse în săli, aproape 90% din ele aflându-se în depozite întrucât prezintă mai mult interes ştiinţific. Menţionăm aici doar cei circa 1.000 de holotipi (fosile descrise pentru prima dată în lume pe teritoriul României) pe care cercetătorii îi folosesc ca referinţă în studiile lor.
Exponatele exemplifică domeniile mineralogie, petrografie şi zăcăminte minerale, reprezentate în colecţiile ştiinţifice prin circa 45.000 de eşantioane dintre care 6.000 au fost selectate pentru sălile deschise publicului, paleozoologie şi paleobotanică, cu circa 25.000 de eşantioane în colecţiile ştiinţifice dintre care 1.730 sunt prezentate în muzeu atât în sălile de sistematică, cât şi în cele de geologie istorică, geologie stratigrafică şi Geologia României.
Dintre exponatele de o inestimabilă valoare, care au fost deja clasate sau se află în curs de clasare (conform “Legii patrimoniului naţional mobil” nr. 182/2000) în categoria Tezaur din cadrul Patrimoniului Naţional Mobil, menţionăm mineralele descrise pentru prima dată în lume pe teritoriul României (o parte dintre eşantioane reprezentând “flori de mină”, altele minerale rare din România şi din lume), dar şi câteva sute de specii paleontologice (holotipi) descrise pentru prima dată în lume pe teritoriul României.
Colecţiile Muzeului Naţional de Geologie deţin atât exemplare ale celor mai vechi roci (1,9 miliarde de ani) sau purtând cele mai vechi urme de viaţă (600 milioane de ani) din subsolul ţării, cât şi cea mai completă colecţie de roci şi fosile din România.

Colecţiile Muzeului Naţional de Geologie se întind pe trei niveluri ce parcurg săli dedicate mineralogiei, dinamicii externe şi interne a Pământului, paleobotanicii, paleontologiei, stratigrafiei, hidrogeologiei, tectonicii României, substanţelor minerale utile metalifere şi nemetalifere, hidrocarburilor, geologiei României, mineralelor fluorescente şi florilor de mină.

• La subsol, sălile „Geologia României” expun colecţii petrografice amenajate astfel încât să corespundă unităţilor geotectonice majore, fiind destinate în primul rând specialiştilor.
• Mineralele fluorescente pot fi admirate într-o sală specială, amenajată la subsol, unde lumina ultravioletă transformă rocile obişnuite într-un spectacol de culori inedite.
• La parter se află sala de „Colecţiuni”, deschisă publicului încă din 1908, în care se pot admira “flori de mină” aduse din Banat, Maramureş, Apuseni.
• Sălile de mineralogie cuprind exponate colorate, cu forme ciudate, adunate din întreaga lume.
• Sala fostei Biblioteci, desfiinţată sub regimul socialist, găzduieşte astăzi dinozauri, reptile şi alte vieţuitoare vechi de sute de milioane de ani.
• În secţia de stratigrafie, amenajată în mai multe săli de la etaj, este expusă istoria pământului pe vârste, de la cele mai vechi spre cele mai noi. Fiecare eră este însoţită de hărţi şi de exemplificări din România ceea ce permite crearea unei imagini clare a evoluţiei geologice a spaţiului românesc, dar şi a Terrei.

Muzeul cuprinde şi alte secţiuni: dinamică externă şi internă, petrografie (cu principalele tipuri de roci, unele vechi de peste 1 miliard de ani), zăcăminte (metalifere, cărbuni, petrol, sare), paleobotanică şi paleozoologie (cu reconstituiri ale primilor hominizi şi ale unor vieţuitoare foarte vechi) şi tectonica României.
În muzeu pot fi văzute şi câteva eşantioane de foraj reprezentative pentru teritoriul ţării, unele efectuate la mii de metri adâncime. De precizat că Institutul Geologic deţine o impresionantă colecţie de astfel de eşantioane din foraje, stocate în peste 55.000 de sertare, într-o adevărată “bibliotecă” de piatră (litotecă).