Das Museum beherbergt weltberühmte und einzigartige Exponate, etwa die 29.500 Jahre alte Venus von Willendorf, die vor über 200 Jahren ausgestorbene Stellersche Seekuh oder etwa riesige Saurierskelette.

Weiters zählen die weltweit größte und älteste Meteoritenschausammlung mit dem spektakulären Neuzuwachs, dem Marsmeteoriten „Tissint“, die anthropologische Dauerausstellung zur Entstehung und Entwicklung des Menschen und die neuen Prähistorischen Schausäle mit dem Venus- und dem Goldkabinett zu den Höhepunkten eines Rundganges durch die 39 Schausäle.

Weil aber auch in einem Palast der Wissenschaften die Zeit nicht stehen bleibt, wurde zum 125. Jubiläum das neue Digitale Planetarium präsentiert, das mit Fulldome-Projektionstechnik neue Besucherinnen und Besucher virtuell, aber dennoch wissenschaftlich exakt, zum Beispiel an den Rand der Milchstraßengalaxie oder zu den Saturnringen bringt.