Le sezioni di ornitologia e di entomologia conservano oltre 2.500 uccelli e circa 100.000 insetti. Sono visibili esemplari faunistici presenti nel territorio faentino e romagnolo, comprese le specie esotiche rinselvatichite (nutria, visone). La sezione abiologica offre un'eccezionale documentazione del passato più antico del territorio locale: da segnalare la fauna a mammiferi "messiniani" di Brisighella (5 milioni e mezzo di anni fa) ricca di numerosi olotipi (specie nuove per la scienza) e la "fauna di Oriolo" con un cranio di Mammuthus meridionalis e altri resti faunistici risalenti a 900.000 anni fa. Annessi al museo un giardino botanico (ex orto Paganelli) e l'osservatorio meteorologico comunale faentino «E. Torricelli»