Die Wissenschaftler*innen des Museums erfassen die Vielfalt des Lebens auf der Erde, die Wechselwirkungen zwischen den Organismen sowie deren Stellung und Funktion im Ökosystem. Eine genaue Kenntnis der Arten ist hierfür die Voraussetzung. Deshalb sammeln die Forschenden Organismen und untersuchen sie morphologisch, um die Arten genau voneinander trennen zu können und ordnen sie taxonomisch ein.

Naturhistorische Sammlungen sind die größte und bedeutendste Forschungsinfrastruktur Senckenbergs. Sie repräsentieren mit rund 40 Millionen Zähleinheiten die größte naturhistorische Sammlung Deutschlands und vermutlich die sechstgrößte weltweit.