V paleontologickej časti zbierky sú spracované lokality Chtelnica, Prašník a Piešťany – Rádiový vŕšok. Obsahujú bohaté kolekcie fosílnej fauny a flóry z obdobia druhohôr a treťohôr. Najstaršie skameneliny v regióne sú zastúpené druhohornými mäkkýšmi (amonitmi a belemnitmi) zo spodnojurských vápencov v Chtelnici. K najmladším patria kolekcie pleistocénnych ulitníkov a cicavcov.
