Il museo raccoglie materiali di natura e di tipo diverso, dal reperto archeologico al documento fotografico e sonoro, dall’oggetto d’arte ai modelli ricostruttivi ed è organizzato per settori, ognuno dei quali, tramite un'opportuna selezione di materiali e oggetti, si configura come sezione funzionale. Le sezioni presenti trattano di: geologia e paleontologia, archeologia, ambiente e storia, il padule di Fucecchio, fattorie granducali, religiosità popolare, il tesoro della Madonna della Fontenuova, la Valdinievole Felix, le terme, attività e mestieri. Dal 2005 sono aperte nuove sezioni: il planetario; le trasformazioni del Novecento (il padule della memoria, emigrazione-immigrazione, industrie e imprese familiari, urbanesimo)