Les collections de Sciences de la Terre comprennent un fonds paléontologique, un fonds minéralogique, ainsi qu’un fonds pétrolographique. Elles représentent plus de la moitié des collections du Musée des Sciences, avec plus de 60000 lots rien que pour le fonds paléontologique. Ces collections retracent les grandes lignes de l’histoire géologique à une échelle locale, avec une grande majorité de spécimens provenant de la Bretagne, des Pays de la Loire et de la Normandie, mais également à une échelle nationale et internationale, avec, par exemple, une améthyste du Brésil, de la crocoïte de Tasmanie, ou encore du soufre de Sicile.