Attualmente le collezioni di vertebrati del Museo comprendono 7150 reperti. Si tratta di esemplari tassidermizzati, conservati in alcol o in pelle, crani, scheletri completi, exuviae e uova (cui si aggiungono alcune centinaia di fatte, nidi e tracce di altro tipo).

Tra le collezioni storiche ottocentesche spiccano gli uccelli indigeni di Antonio Riva, primo ornitologo ticinese, accanto alle raccolte esotiche allestite in paesi lontani da alcuni emigrati ticinesi.

Va sottolineato che, per quanto concerne i vertebrati, oggi il Museo limita il suo campo d'azione all'incremento delle collezioni di specie indigene (con l'eccezione di donazioni di particolare interesse) e, soprattutto, si astiene da qualsiasi prelevamento mirato in natura. Le acquisizioni recenti sono quindi il risultato di donazioni, di campionamenti eseguiti nel corso di ricerche scientifiche specifiche (mammiferi) o della consegna di animali rinvenuti già morti: per esempio gli esemplari confiscati dai guardacaccia (mammiferi, uccelli), raccolti lungo le strade nel corso di azioni di salvataggio (anfibi) o pervenuti al Centro protezione Chirotteri Ticino (pipistrelli).