Die meisten Sammlungsobjekte stammen aus der Flensburger Umgebung, einschließlich des angrenzenden Dänemark. Eine Ausnahme bildet eine kleine Spezialsammlung von Bernsteineinschlüssen aus der Region Königsberg. 

Mehrere Sammler bereicherten die Sammlung des Museums mit ihren Kollektionen um Besonderheiten bzw. absolute Raritäten. Aufgrund der Entstehungsgeschichte Schleswig-Holsteins und der Lage Flensburgs ist die Kollektion des Naturwissenschaftlichen Museums bemerkenswert: Als Regionalsammlung beherbergt sie Fossilien aus sämtlichen Erdzeitaltern.