Luonnontieteelliset museot tallentavat näytteitä ja havaintoja luonnosta. Luonnontieteelliset museot ovat yleensä eläintieteellisiä, kasvitieteellisiä tai geologisia museoita tai niiden yhdistelmiä.

Luonnontieteellisten museoiden kokoelmien kartuttamisen erityispiirteenä on se, että tutkimuksen kattavuuden ja seurannan vuoksi näytteitä on kerättävä jatkuvasti - museoaineistoja kerätään ja säilytetään eliöiden systemaattisen ja taksonomisen tutkimuksen sekä niiden maantieteellisen levinneisyyden ja kantojen vaihtelun tutkimusta varten. Suurta osaa luonnontieteellisten museoiden havaintoaineistosta kartutetaan vapaaehtoisvoimin; toiminnassa on mukana tuhansia aktiivisia luontoharrastajia.

Luonnontieteellisten museoiden valtakunnallinen museo on Luonnontieteellinen keskusmuseo.