En stor del av samlingen på Naturarium består av växter. Det finns närmare 30 000 herbarieark som ligger i konvolut i lådor och herbariet är upplagt efter släkten vilket gör att det är lätt att hitta i det. Materialet har varierande bakgrund, men mest rör det sig om samlingar från läroverk, seminarier och andra skolor. Från Hagaskolan i Norrköping har man fått en mängd skåp fulla med ark och från folkskoleseminariet i Linköping har man tagit emot 20 flyttlådor med herbarieark. Nytt material inkommer då och då från olika håll i länet, men allt material behålls inte. Dubbletter och trasiga kollekter sorteras ut.

Totalt är 25–26 000 ark digitaliserade och nu dataläggs material allteftersom det är genomgånget och inlagt i herbariet. Nils Conrad Kindberg som skrev den första östgötafloran (1861) har efterlämnat många ark. En annan känd östgötabotanist var Folke Lind som också var en av dem som startade herbariet. Han efterlämnade drygt 3 000 kollekter som är omsorgsfullt och vackert monterade. Andra som efterlämnat mycket material är Erik Genberg som utgav Östergötlands flora 1977.

I museet finns en mineral- och bergartssamling och en insektssamling. Den förra har donerats till museet av Arne Pettersson, Finnkärr. Insektssamlingen består av svenska och utländska fjärilar, trollsländor och skalbaggar. Ett fåtal däggdjur finns i samlingen. Förutom bäver, ren och järv finns igelkott, fladdermus och ekorre. Till Naturarium hör också en prydlig ticksamling. Den ryms inte i visningslokalerna utan förvaras i lådor i källaren. Men det går att få ticksamlingen uppmonterad om man säger till några dagar innan besöket.

Till samlingarna hör den Lundborgska fågelsamlingen. Den insamlades av Carl Wilhelm Lundborg under 1800-talet, främst under utflykter i norra Östergötland, men en del fåglar är inköpta eller inbytta av Lundborg från andra ornitologer. Lundborg sålde sin samling 1885 till Norrköpings läroverk. 1984 renoverades samlingen av Riksmuseets konservator Verner Berg.