Vertebratele – pești, amfibieni, reptile, păsări și mamifere – numără 46.500 de exemplare, fiind păstrate sub diverse forme: de la naturalizate până la balguri, piei, pielicele, preparate umede, ouă, cuiburi. În expoziţia de bază cele mai spectaculoase vertebrate naturalizate sunt prezentate în diorame.
Deşi nu sunt accesibile publicului vizitator, parte din vertebratele aflate în spaţiile de depozitare pot fi văzute cu ocazia organizării unor expoziţii temporare la sediul muzeului sau la sediul altor instituţii colaboratoare, precum și cu ocazia derulării unor proiecte educaționale. Mare parte a colecțiilor de vertebarte se adresează specialiştilor în diverse grupe taxonomice, studiile contribuind la rezolvarea unor probleme legate de taxonomia, răspândirea diverselor specii, dar şi la lămurirea unor filogenii folosindu-se tehnici de biologie moleculară. O contribuție importantă în dezvoltarea colecțiilor de vertebrate îl are și Compartimentul de Taxidermie-Restaurare al muzeului.