Il museo si divide in tre sezioni. La prima è quella di geologia, petrografia e paleontologia, impostata secondo una lettura integrata della terra e della biosfera e della loro evoluzione; segue poi la sala Aventino, dedicata alla storia geologica e agli aspetti paleoambientali e paleontologici delle montagne della Maiella che coronano la valle; in ultimo la sala Palena, con i reperti paleontologici recuperati presso il giacimento di Capo di Fiume come pesci, vertebrati, resti botanici e altri fossili del Miocene (è possibile visitare il geosito, a circa 1 km dal museo, dove vari pannelli didattici descrivono il materiale di rinvenimento). Completano il museo un osservatorio geologico e una loggia esterna con pannelli esplicativi che illustrano i vari punti di osservazione ai quattro punti cardinali sulla Maiella-Porrara, e il settore Geologiocando, dedicato ai più piccoli, per imparare processi e fenomeni geologici