Le collezioni di scienze della terra comprendono raccolte di minerali, rocce e fossili.

La più vasta tra le collezioni mineralogiche è quella di Innocente: risale ai primi dell’‘800 ed è composta da 2.385 campioni di minerali e 341 di marmi e pietre dure disposti su cornici; parte della collezione è stata esposta al Museo dal 1881 al 1923. La più recente acquisizione è la raccolta Albonetti, comprendente oltre 600 reperti provenienti da diverse località di tutto il mondo.

Tra le collezioni petrografiche storiche ricordiamo la raccolta Pasini di rocce del Vicentino, accompagnata da un dettagliato catalogo e da alcune tavole geologiche, e le raccolte ottocentesche di marmi levigati e incorniciati del conte Marco Corniani degli Algarotti, comprendenti anche una serie di pietre e marmi dei Colli Euganei originariamente appartenuta all’abate Terzi e acquistata dal Corniani nel 1808. Singolare è la collezione di serie stratigrafiche di perforazione inserita in un mobile ottocentesco, prelevate da un pozzo artesiano in Campo Santa Maria Formosa a Venezia, acquisita dall’Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti nel 1853.

Il materiale finora inventariato delle collezioni paleontologiche ammonta a circa 15.000 reperti stimati. Tra le collezioni storiche figura la raccolta Massalongo di fossili e calchi, costituita attorno alla metà del XVIII secolo, comprendente alcuni vegetali su lastra provenienti dal famoso giacimento di Bolca. Allo stesso periodo risalgono la collezione Spinelli di invertebrati e vertebrati fossili, donata assieme alla ricca collezione malacologica, e la collezione geognostica dell’Istituto Veneto composta da rocce fossilifere del Triveneto, in parte raccolte da Innocente agli inizi del 1800. Più recenti sono la collezione Beschin-De Angeli di brachiuri dell’Eocene di Arzignano, importante per la presenza di diversi olotipi, e la collezione Ligabue, che include fossili animali e vegetali provenienti da diverse parti del mondo, raccolti durante le spedizioni del Centro Studi e Ricerche Ligabue negli ultimi decenni del 1900; tra questi figurano i reperti del giacimento nigeriano di Gadoufaoua, in particolare un esemplare di Ouranosaurus nigeriensis e uno di Sarcosuchus imperator, attualmente esposti in una sala del Museo.