Naast exposities over de hedendaagse dieren- en plantenwereld, presenteert het museum talrijke getuigenissen uit het geologisch verleden van Rijnland-Palts. Tot de bijzondere hoogtepunten behoort het ongeveer 44 miljoen jaar oude urpaardje uit het Eckfelder Maar, evenals een uitgebreide verzameling van dieren uit de ijstijd. Internationale bekendheid geniet de Quagga-groep uit Mainz: als enige museum ter wereld beschikt het Natuurhistorisch Museum over drie preparaten van deze uitgestorven zebra-soort - van slechts 23 nog bestaande exemplaren.
Als onderwijsinstelling voelt het Natuurhistorisch Museum zich verplicht aan de democratische basiswaarden van onze samenleving. Tot de centrale taken behoren het verzamelen, behouden, onderzoeken en overdragen van ons gezamenlijke natuurwetenschappelijke erfgoed, evenals de overdracht daarvan aan toekomstige generaties. Het museum bevordert daarbij respect voor de diversiteit van de natuur en verdiept het begrip voor de gedeelde geschiedenis van mens en milieu.
