Degut a la naturalesa mixta de la gestió del MBCN s’ha de distingir entre les col·leccions de titularitat municipal, les que són propietat de l’Associació MBCN i els dipòsits permanents. Totes elles tenen el mateix tractament museològic i es regeixen pel mateix reglament:
La Col·lecció Joan Bauzà. Esta formada per un nombre elevat d’exemplars fòssils (ca. 30.000) de Balears i d’altres procedències. A la col·lecció hi ha representat el registre fòssil de les Balears, des del Carbonífer fins el Quaternari amb especial atenció als peixos fòssils. Un apartat de a col·lecció es dedica als otòlits de peixos actuals, per a estudis de comparació. La documentació de la col·lecció inclou una biblioteca especialitzada, amb obres clàssiques i treballs antics sobre paleoictiologia, diverses col·leccions de revistes així com tots els treballs publicats pel titular de la col·lecció, a més d’un fitxer manual de bibliografia. La col·lecció inclou material tipus pendent de revisió.
La Col·lecció Guillem Colom. Està formada per un nombre elevat de preparacions micropaleontològiques (ca. 20.000), especialment de foraminífers de diverses procedències, principalment de jaciments de Balears. També hi ha una representació de foraminífers actuals, principalment del Mediterrani, així com de mostres preparades per al seu estudi i una col·lecció de preparacions de làmina fina. La documentació està formada per una extensa biblioteca, principalment sobre micropaleontologia, però també sobre geologia i història natural general, així com col·leccions de revistes especialitzades; un important conjunt de la correspondència científica del titular de la col·lecció així com exemplars de les seves pròpies obres i treballs; sèries de dibuixos originals i làmines de treballs originals, científics i divulgatius sobre geologia, micropaleontologia i història natural; plaques fotogràfiques de fotomicrografies; fitxes sistemàtiques i bibliogràfiques i quaderns de camp. La col·lecció inclou material tipus actualment en revisió.
La col·lecció William Waldren. Composa aquesta singular col·lecció un nombre important de restes fòssils de Myotragus balearicus Bate, un arctiodàctil endèmic de les Balears que s’extingí coincidint amb el poblament humà de l’arxipèlag. Tot el material, actualment en procés de tractament museològic i catalogació, procedeix de les excavacions realitzades per William Waldren a la cova de Muleta (Sóller, Mallorca; Illes Balears). Es tracta de l’aplec de restes fòssils de Myotragus balearicus Bate més important del món pel que fa al nombre d’exemplars que conté.
La col·lecció general. Aquesta col·lecció reuneix tots els materials generats pel Museu des de la seva fundació així com les col·leccions donades o dipositades per investigadors independents o per altres persones o institucions. També es va incrementant dia a dia amb les aportacions que fan regularment els naturalistes i col·laboradors científics del Museu o que es generen a través dels diferents projectes . El catàleg de la col·lecció general també engloba el material de les altres col·leccions en un sistema de registre únic.