Le muséum est constitué d'un patrimoine scientifique important, le plaçant parmi les premiers de France, en nombre de spécimens.
Ces collections, rassemblées pour la plupart par les conservateurs qui se sont succédés jusqu'au milieu du XXème siècle, couvrent tous les domaines de l'histoire naturelle.
Zoologie
               
Botanique
Sciences de la Terre
Préhistoire
Ethnologie

" Quant au Muséum, ce n'est point, comme beaucoup de personnes peuvent le croire, un recueil de  curiosités sans autre but que d'amuser quelques oisifs. Il contient des collections d'un intérêt réel et d'une haute valeur scientifique. Ce qui donne surtout à un musée son importance, ce sont les collections typiques, c'est à dire celles qui ont servi de base à un écrit et qui contiennent les objets à l'appui des faits  avancés par l'auteur. Ces collections sont à l'histoire naturelle ce que sont les archives pour l'histoire des  peuples. Or, notre musée, grâce à son existence déjà plus que demi-séculaire, en possède un certain  nombre."
Louis Bureau, conservateur au Muséum de Nantes de 1882 à 1919