Le collezioni di vertebrati fossili comprendono più di 10.000 reperti di cui i fossili del Triveneto formano la parte più consistente.
I suggestivi pesci di Bolca, i coccodrilli e i sireni (mammiferi acquatici come i lamantini e i dugonghi) sono solo alcune delle testimonianze dei paesaggi tropicali che caratterizzavano il Veneto sud occidentale tra i cinquanta e i trenta milioni di anni fa.
A questi si aggiungono i numerosi resti di delfini provenienti dal Bellunese, risalenti a circa 15 milioni di anni fa, quando gran parte del Veneto era ancora sommersa, o i curiosi elefanti nani e ghiri giganti della Sicilia e i moltissimi animali che hanno sfidato i lunghi inverni glaciali del Pleistocene: orsi delle caverne, cervi giganti, “tigri” dai denti a sciabola, rinoceronti lanosi, mammut…
Tra le rarità esposte nelle sale va menzionato il Tridentinosaurus antiquus, uno dei più celebri rettili fossili d’Italia, che risale a 280 milioni di anni fa.
Si possono ammirare anche bellissimi rettili marini e rettili volanti provenienti dalla Germania, risalenti al Giurassico (tra i 200 e i 135 milioni di anni fa), vissuti al tempo dei dinosauri.