Si compone di tre nuclei storici di epoca differente confluiti nell’attuale raccolta: la Collezione reale, il Gabinetto fisico e la collezione Melloni. Il primo è dedicato all'astronomia, alla geodesia, alla meccanica, alla statica e alla dinamica e alla fisica sperimentale. Nel secondo sono conservati strumenti acquisiti nel corso del XIX e XX secolo dai direttori del gabinetto stesso, istituito nel 1811. Nel terzo sono esposti gli strumenti che il fisico Macedonio Melloni utilizzò nel corso delle sue ricerche a Napoli.