Situato nella Sala Casartelli dell'Istituto Carducci in via Cavallotti, il Museo ospita campioni naturalistici situati nelle vetrine lungo i muri della sala e alcune centinaia di scatole didattiche che riproducono in miniatura esemplari di insetti perfettamente conservati, o semi di piante, o fenomeni naturali. Le «fasi dello sviluppo embrionale del Gallo domestico» ad esempio illustrano tutte le fasi dello sviluppo di un pulcino a partite dall'uovo fecondato.
Numerosi sono i modelli iconografici di fiori, alcuni giganti fino a raggiungere l’altezza di un metro, come la margherita, la malva, il giglio ma anche le riproduzioni di frutti in cera come mele e pere, lamponi, fragole, uva. Gran parte del materiale del Museo riguarda inoltre l’anatomia umana e la zoologia: dai campioni in scala 1:1 della muscolatura e dello scheletro umano, di parti del sistema nervoso, dell'orecchio, dell'apparato circolatorio, del cuore, si passa agli esemplari di mammiferi e uccelli impagliati, agli scheletri di pesci e di altri vertebrati. Tutti i modelli di animali di piccola taglia sotto formalina sono perfettamente conservati, così come quelli iconografici degli organi interni di pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi. Sono molteplici le riproduzioni fortemente ingrandite di insetti, ragni, molluschi, vermi.
A inizio 900 la sala venne decorata da Achille Zambelli, maestro d’arte dell’Istituto Carducci, con soggetti naturali, animali e botanici dai colori vivacissimi, a rappresentazione di un mondo nel quale la realtà appare come una fiaba. Nel settembre 1927 il Museo fu sede del convegno internazionale dei Fisici in occasione dell’Anno Voltiano. A quell’incontro parteciparono ben dodici Premi Nobel, fra cui Guglielmo Marconi ed Hermann Bohr. Per ricordare l’eccezionale avvenimento, i loro nomi vennero inscritti nei medaglioni affrescati a soffitto con tutti quelli dei partecipanti al convegno. La sala del Museo da allora viene chiamata “Sala dei Nobel”.