Colecția de geologie cuprinde un număr de 717 piese, majoritatea provenind din minele de la Baia Mare.
Colecția de paleontologie este compusă din 99 de piese ce aparțin la 82 de specii.
Printre cele mai valoroase din cadrul colecției de geologie se numără geoda de ametist cu o înălțime de aproximativ 80 cm și florile de mină ce impresionează prin mărime, formă și culoare.
Toate eșantioanele din colecția de paleontologie sunt piese valoroase care pot fi clasate la categoria tezaur și fond. Majoritatea pieselor din colecția de paleontologie au fost descoperite și colectate de pe raza județului Bacău, crescând considerabil valoarea patrimoniului cultural al muzeului. Una dintre piesele reprezentative pentru colecția de paleontologie este rinocerul fosil Aceratherium incisivum (KAUP, 1834), recoltat din localitatea Asău, județul Bacău
Colecția de alge cuprinde reprezentanți din 39 de specii, iar colecția de licheni deţine 5377 piese aparţinând la 642 specii.
Cele mai vechi alge conservate în colecția Complexului Muzeal de Științele Naturii „Ion Borcea” datează din anul 1920. Exemplarele conservate aparțin categoriilor de alge tericole și acvatice, atât dulcicole cât și salmastre.
Colecția de licheni a fost constituită începând cu anul 1974 și cuprinde exemplare reprezentative pentru flora lichenologică a județului Bacău. Dintre taxonii conservați speciile Ramalina obtusata şi Usnea longissima sunt menţionate în Lista Roşie a macrolichenilor.
Colecţia de briofite cuprinde aproxomativ 6000 de specimene provenite din ţară dar şi din străinătate. Bazele colecţiei au fost puse în anul 1970 prin achiziţia Colecţiei „C. Papp”.
În perioada 1979-1995, colecţia s-a îmbogăţit cu specimene colectate în urma studilor de cercetare efectuate de muzeograf dr. Victoria Barabaş în judeţul Bacău şi în diferite zone din Moldova. O parte din materialul colectat a fost inclus în centurii din Colecţia „Flora Moldavae Exsiccata”.
Colecţia include specimene valoroase, vechi, povenite din Flora Romanie Exsiccata (cu o vechime de cca. 100 de ani) şi din schimburi internaţionale (Finlanda, S.U.A., Canada, Polonia, Cehia).
Bazele colecţiei de ciuperci au fost puse în 1975, prin achiziţia de către muzeu a unei colecţii de micromicete şi macromicete, ulterior fiind îmbogăţită prin achiziţii şi piese colectate şi herborizate de micologii din cadrul instituţiei.
În prezent, colecţia cuprinde circa 3500 de specimene colectate din toate zonele țării. Colecția de ciuperci cuprinde 3300 specimene. Specii precum: coama leului (Hericium erinaceus), Gomphus clavatus, Albatrellus cristatus, se regăsesc pe Lista Roșie a macromicetelor.
Colecţia de plante vasculare cuprinde un număr de peste 75.000 exemplare. Începând din anul 1970 se constituie colecţia Flora Moldavae Exsiccata, care conţine 7 centurii cu peste 55.000 coli de ierbar. Colecţia de plante vasculare numără 16.000 piese primite la schimb din America, Africa, Asia, Australia şi Europa.
Această colecție conservă specii rare, endemice sau protejate, precum: floarea-de-colț (Leontopodium alpinum), crucea voinicului (Hepatica transsilvanica), Saxifraga cymbalaria etc.
Colecția de entomologie include un număr de peste 89.000 de piese, fiind cea mai bogată din patrimoniul instituției. Cuprinde specii rare, endemice și specii protejate de lege, precum: croitorul mare al stejarului (Cerambyx cerdo), croitorul alpin (Rosalia alpina), fluturele mărului lupului (Zerynthia polyxena), fluturele apollo roșu (Parnassius apollo) etc.
O însemnătate ştiintifică şi estetică deosebită o prezintă speciile de fasmide, gândaci şi fluturi exotici provenite din zonele tropicale ale Terrei precum America de Sud, Africa, Asia de Sud-Est sau Australia: insecta frunză (Phyllium giganteum), gândacul arlechin (Acrocinus longimanus), gândacul Acteon (Megasoma actaeon), gândacul lui Hercule (Dynastes hercules).
Colecţia de malacologie cuprinde specii provenite din diverse regiuni ale globului, fiind alcătuită din 16.247 exemplare ce aparțin la 675 specii.
Printre piesele conservate în această colecţie se regăsesc şi exemplare ale speciilor din genul Lambis - gasteropode marine de talie mare, Chardonia tritonis - originară din Oceanul Indian, Cassis cornuta - originară din Filipine, Pinctada margaritifera - scoica de perle.
Colecția de herpetologie cuprinde peste 7000 de piese aparținând la 15 specii de amfibieni și 16 specii de reptile, fiind conservate sub formă de preparate umede și piese osteologice.
Această colecţie este reprezentativă pentru fauna habitatelor din România, prin numărul de specii de amfibieni şi reptile pe care îl conservă.
Dintre acestea o serie de specii se regăsesc în Directiva Habitate 92/43 EEC și OUG 57/2007 privind regimul ariilor naturale protejate, conservarea habitatelor naturale, a florei și faunei sălbatice. Amintim aici: țestoasa de uscat dobrogeană (Testudo graeca), balaurul dobrogean (Elaphe sauromates), tritonul cu creastă (Triturus cristatus), tritonul carpatic (Lissotriton montandoni), buhaiul de baltă cu burtă roșie (Bombina bombina) și buhaiul de baltă cu burtă galbenă (Bombina variegata).
Colecţia de ornitologie cuprinde peste 3.000 de exemplare care aparţin unui număr de 230 specii. Colecția cuprinde piese naturalizate, balguri, cranii şi sternuri. Dintre piesele acestei colecţii se remarcă exemplarele naturalizate de: acvilă imperială (Aquila heliaca), cocoş de munte (Tetrao urogallus), fazan (Phasianus colchicus) etc.
Cea mai veche piesă este un exemplar de dropie gulerată (Chlamydotis undulata macqueenii). Piesa este naturalizată și provine de la o pasăre colectată în 26.12.1964 în apropierea localității Buhuși.
Reprezintă una din cele trei semnalări din România. Un exemplar este prezent în colecția Muzeului Zoologic al Universității „Babeș-Bolyai”, al doilea exemplar fiind observat în data de 20.04.1931, lângă Arad. Cel mai apropiat loc de cuibărire al acestei specii se află în Kazahstan. În Europa este considerată o raritate. La nivel global se află în categoria speciilor vulnerabile (conform IUCN).
Colecția de mamalogie a Complexului Muzeal de Ştiinţele Naturii a început să se dezvolte din anul 1965, în concordanţă cu cercetările efectuate mai ales asupra faunei de mamifere din bazinul mijlociu al Siretului. Numărul total al pieselor din colecţia de mamalogie a Muzeului de Ştiinţele Naturii „Ion Borcea” Bacău, în anul 2019, este de 265 de exemplare.
În colecție există numeroase specii valoroase din punct de vedere științific, multe dintre acestea aflându-se pe lista roșie a vertebratelor din România: lup (Canis lupus), bursuc (Meles meles), hermelină (Mustela erminea), râs (Lynx lynx), pisică sălbatică (Felis silvestris), căprior (Capreolus capreolus), cerb carpatin (Cervus elaphus), mistreț (Sus scrofa) etc.
Colecția deține exemplare valoroase din fauna României, atât dintre piesele naturalizate (ex. Cervus elaphus - cel mai mare cervid din țara noastră), cât și dintre piesele osteologice (ex. craniu de Canis lupus - medaliat cu aur de C.I.C., craniu de Lynx lynx și de Felis silvestris - medaliate cu bronz de C.I.C.).
Colecţia de animale vii din cadrul subunităţii Vivariu include un număr de 1460 exemplare aparținând la 60 de specii.
Colecția este organizată astfel:
► colecţia de păsări cântătoare şi de ornament cuprinde 332 exemplare aparținând la 19 specii;
► colecţia de peşti exotici şi autohtoni numără 651 exemplare din 20 specii;
► colecţia de porumbei este constituită din 455 exemplare din 3 rase;
► colecţia de reptile şi amfibieni are 45 exemplare încadrate în 8 specii.
Colecţia de plante vii din sera muzeului cuprinde peste 200 specii originare din: America, Asia, Australia, Africa și Europa.
O pondere mare o are colecția de cactuși care cuprinde exemplare de pe toate continentele. Cactușii au evoluat pe o perioadă de timp de circa 40 de milioane de ani și sunt bine adaptați unui mediu cu precipitații reduse. Frunzele sunt transformate în spini pentru a preveni pierderea apei prin transpirație și apără planta de animalele erbivore. Fotosinteza se realizează prin tulpinile îngroșate care înmagazinează apă.