Sammeln ist eine der Hauptaufgaben jedes Museums. Sammlungen sind das Objektgedächtnis der Gesellschaft und Archive der Vielfalt des Lebens. Auch alte Sammlungen können mit neuen Methoden zu neuen Forschungsergebnissen führen.
Wir haben die Dinge in Echt – zum Bestaunen, Anfassen und Untersuchen!
Längst nicht alle Museumsschätze sind aber ausgestellt. Sie werden im Kulturgüterschutzraum der Stadt Olten aufbewahrt.

In der biologischen Sammlung befinden sich zoologische Präparate aus den meisten Tiergruppen. Weichtiere und Gliederfüsser sind zahlreich vertreten, unter anderem mit der rund 120 Insektenkästen umfassenden Schmetterlingssammlung von Hoffmann und den Nachtfaltersammlungen vom Born von Reser.
Unter den rund 800 ornithologischen Präparaten befinden sich die meisten Vogelarten unserer Region und der Schweiz. Die Säugetiersammlung umfasst etwa 100 Präparate, darunter zum Beispiel ein historisch wertvoller Beleg der regional ausgestorbenen Fledermausart Kleine Hufeisennase.
Rund 2000 Herbarbelege von Paul Meier, Hermann Lüscher, Theodor Stingelin und Gottlieb Brunner befinden sich in der botanischen Sammlung.

Unsere Mineralien geben nebst einigen Stücken aus aller Welt einen guten Querschnitt über die Mineralogie der Schweiz.
Unter den rund 600 Objekten der Gesteinssammlung sind Belegmaterialien aus dem Simplon- und Hauensteinbasistunnel sowie Belegstücke für die erste geologische Karte der Schweiz von 1894.

Die paläontologische Sammlung umfasst rund 300 fossile Pflanzen, 4000 fossile Wirbellose und etwa 7000 fossile Wirbeltiere. Die allermeisten Fundstücke stammen aus der Schweiz und sogar aus der Region Olten. Unter den Wirbellosen befinden sich hauptsächlich Weichtiere und Stachelhäuter, also beispielsweise Ammoniten oder Seeigel.
Bei den Wirbeltieren findet man einige Glanzlichter der Sammlung, wie die beiden Fischsaurier vom Hauenstein und vom Born. Etwa 3000 fossile Säugerreste wurden beim Bau des Kraftwerkkanals in Gösgen gefunden. Ebensoviele Zähne und Knochen stammen aus der Huppergrube in Rickenbach und aus Egerkingen/Oberbuchsiten. Zu den jüngeren Funden zählen rund 200 Knochen aus der späten Eiszeit, welche einen repräsentativen Querschnitt durch die damalige Fauna liefern.