O acervo paleontológico possui mais de 7.200 lotes catalogados, divididos em vertebrados (ca. 4.800), invertebrados (ca. 1.300) e plantas (ca. 1.000) fósseis. Apesar de que a coleção inclui fósseis oriundos de diferentes regiões brasileiras (Acre, Pará, Ceará, Maranhão, Tocantins, São Paulo, Paraná e Santa Catarina), cerca de 80% são materiais coletados dentro do Rio Grande do Sul, como a flora e fauna triássicas e a megafauna de mamíferos pleistocênicos. Os vertebrados da Formação Santa Maria, de ocorrência restrita ao Rio Grande do Sul, formam o acervo mais representativo por sua diversidade, quantidade e qualidade de preservação. Estes tetrápodes, principalmente répteis e anfíbios, se constituíram em elementos faunísticos abundantes durante o Triássico, tornando-se fundamentais para a compreensão da biodiversidade e evolução da fauna sulamericana. Também os peixes das formações Rio do Sul (Santa Catarina), Tremembé (São Paulo) e Santana (nordeste) perfazem boa parte da coleção. A coleção inclui 79 tipos: 15 holótipos e 64 parátipos.

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