Oddělení přírodovědné zajišťuje odbornou správu podsbírek přírodovědné povahy. Náleží k nim podsbírka botanická, mykologická, entomologická, zoologická, paleontologická, petrografická, mineralogická a podsbírka tektity. Nejrozsáhlejším z nich je soubor herbářových položek cévnatých rostlin. Významným fondem je sbírka tektitů, jenž zaujímá výjimečné postavení nejen v ČR, ale i v zahraničí.
Vedle péče o sbírky (akviziční, dokumentační, evidenční a konzervační činnost) se podílí na odborné činnost muzea (terénní průzkumy a dokumentace převážně v oblasti jihozápadní Moravy), popularizaci vědy (výstavy, přednášky, programy, publikace) a především spolupracuje s veřejností (determinace, konzultace).
Zajišťuje vydávání odborného přírodovědného časopisu Acta rerum naturalium (v případě zájmu o publikaci, zašlete svůj dotaz na j.jelinkova@muzeumtr.cz).