A Szabadkai Városi Múzeum Természettudományi osztályának gyűjteménye már 1892-től, a Közkönyvtáregylet (később Közkönyvtár- és Múzeum Egylet) megalakulása óta létezik. Eleinte elsősorban a város lakóinak ajándékai, illetve olyan tárgyak alkották a gyűjteményt, melyek kiállítás céljából kerültek a múzeumhoz. A tárgyak között az első, jelentősebb egységet a vadász és világutazó Vojnich Oszkár vadásztrófeái képezték, melyeket azért adományozott a városnak, hogy a nagyközönség is láthassa őket.
1901-ben, az első lajstromba vétel alkalmával 310 tárgy került a leltárkönyvbe, többségében rovarok, madarak és kövületek. Sajnos a gyűjtemény alapítása körüli időszakból mára csupán Gurcsán István herbáriuma maradt fenn, mely 1902–1903-ban készült.
A természettudományi gyűjtemény ma közel 5000 tárgyból áll, melyek öt nagyobb egységbe sorolhatók: paleontológiai, ásvány- és kőzettani-, állattani-, növénytani- valamint történeti embertani gyűjtemény.
Paleontológiai gyűjtemény
A múzeum viszonylag kis példányszámú paleontológiai gyűjteményét többnyire a környékünkön előkerült őslénytani leletek alkotják. Ezek többsége a pleisztocén kori emlősök maradványai, pl. gyapjas mamutok, sztyeppi bölények csontjai. Emellett növényi kövületek, puhatestűek néhány megkövesedett példánya, illetve halkövület is szerepel köztük.
Ásvány- és kőzettani gyűjtemény
Intézményünk ásvány- és kőzettani gyűjteménye mintegy 100 tárgyból – üledékkőzetekből, metamorf kőzetekből és ásványokból – áll.
Állattani (zооlógiai) gyűjtemény
A Szabadkai Városi Múzeum állattani gyűjteményébe mintegy 1000 tárgy tartozik, melyek többsége gerinces állat, míg egy kisebb része gerinctelen (főleg rovarok). A gyűjtemény tárgyai két nagyobb csoportba tartoznak: többségük Szabadka környékének állatvilágát mutatja be, míg kisebb részük az Európán kívüli vadásztrófeák gyűjteményét alkotja.
Szabadka környékének állatvilága
A gyűjteményhez tartozó tárgyak nagy része madárpreparátum, melyek többsége vizes élőhelyekről származik. Ezek többnyire tudományos kutatásra alkalmas bőrpreparátumok (Aleksandar Rafajlović gyűjteménye), kisebb részük pedig dermoplasztikus (élethű) preparálással készült kiállítás céljából. A Természettudományi Osztály anyagának jelentős részét képezi a rovartani gyűjtemény, mely mára több száz példányból áll. A gyűjtemény kisebb részét az emlőspreparátumok alkotják, melyek között főleg szarvak (vadásztrófeák) találhatók.
Európán kívüli vadásztrófeák gyűjteménye
A Szabadkai Városi Múzeum állattani anyagához mintegy 100 Európán kívüli vadásztrófea tartozik. Ez a gyűjtemény mind a nagysága, mind a fajok változatossága szempontjából egyedülálló Szerbiában. A gyűjteményben található trófeák többségét a törökkanizsai vadász és világutazó, Tallián Emil gyűjtötte, kisebb részüket pedig a topolyai földbirtokos Fernbach Bálint. A tárgyak az 1950-es években, a palicsi Vadászati Múzeum megszűnésekor kerültek a Szabadkai Városi Múzeumba. A trófeák egy kisebb hányadáról feltételezhető, hogy a II. világháborút követő vagyonelkobzások nyomán kerültek a múzeumhoz.
Növénytani (botanikai) gyűjtemény
A múzeum több mint 2000 példányt tartalmazó növénytani gyűjteménye a Természettudományi Osztály legnagyobb egysége. Botanikai anyagunk túlnyomó többsége Szabadka környéki gyűjtőterületekről származik, gazdagsága pedig annak köszönhető, hogy aránylag kis területen négy különböző biotóp (élőhely) is található: homokpuszta, löszpuszta, szikespuszta, mocsár- és lápvidék. A gyűjteményben egyaránt fellelhetők az alacsonyabb rendű-, illetve a magasabb rendű növények preparátumai is. A botanikai gyűjtemény legnagyobb egysége Dr. Sturc Béla herbáriuma (1914–1994), mely több mint 1000 példányból áll: 594 fajt, és ezek alfajait, illetve változatait tartalmazza.
Történeti embertani (antropológiai) gyűjtemény
A történeti embertani gyűjtemény mintegy 1500 egyén csontvázmaradványait tartalmazza, melyek több mint 15 lelőhelyről származnak. Az első leletek a II. világháború utáni első feltárások során kerültek az intézménybe, a legnagyobb ütemben pedig az 1970-es években történt tervszerű temetőfeltárások (pl. Moravica-Koplaló, Topolya-Bánkert) során gyarapodott a gyűjtemény. A leletanyag a rézkortól az i. sz. 16. századig terjedő időszakot öleli fel. A gyűjteményben a legnagyobb arányban avarkori lelőhelyekről származó anyag található, de jelentős mennyiségű az Árpád-kori és késő középkori csontanyag is.
