Уникальную часть фондов составляют: коллекция аберративных форм, коллекция зубов вымерших акул, коллекция меланистов и альбиносов, редкие книги, коллекция анималистического искусства. Залы «Дарвиновского музея» оборудованы компьютерами, подключёнными к интернету и позволяющими получить подробную информацию не только об экспозиции музея, но и о многих других крупных естественнонаучных музеях России. Уникальные «Обучающие гиды-путеводители» позволяют посетителям самим изучать любой раздел экспозиции. В музее работают световидеомузыкальная экспозиция «Живая планета», 3D-кинотеатр, мультимедийный центр «Эко-Москва», кинолекторий, цифровой планетарий.