Основна музейна дейност е обработката и съхраняването на постъпилите във фондовете образци.
Към всеки от фондовете на музея има оборудвани общо 175 фондохранилища, в които се съхраняват основната част от заведените в основен, научно-спомагателен и обменен фонд образци.
Фондовете се попълват чрез дарения, собствен сбор, откупки и обмен. Постъпилите в музея образци преминават през идентификационна и фондова комисия, след което се насочват и завеждат в различните раздели на колекцията.
Музеят притежава богати добре окомплектовани фондове. Всяка година постъпват между 500 и 1000 нови образеца. Към 2026 г. има над 33 000 музейни единици, систематизирани в следните раздели: „Минерали на Земята“ - най-богатата систематична колекция на Балканите, включваща към момента 1681 минерални вида, представени в над 7928 образеца; „Минерални ресурси на Земята“ – включва над 2170 бр. образци от различни генетични и промишлени типове минерални суровини от 112 страни в света; „Минерали на България“ - най-пълната колекция от български минерали, представени в над 4930 бр. минерални образци в основен фонд и над 4000 бр. образци в научно-спомагателен фонд; „Минерални ресурси на България“ - съхраняват се над 4530 образеца от над 100 минерални находища и проявления от действащи и вече закрити рудници; „Материали“ – общо над 2650 образеца разпределени в 20 теми; „Научни колекции“ – с над 1320 образеца, включващи авторски образци на нови за науката минерали.
В музея са формирани и няколко колекции, които включват образци от различни раздели: колекция „Гигантски кристали“ е една от двете големи колекции в света и най-голямата колекция от гигантски кварцови кристали; колекция „Скъпоценни и декоративни камъни“ - състои се от над 3130 образеца, като са включени почти всички минерали, имащи свойства на скъпоценни камъни от цял свят.
Освен основен фонд в музея има обособени научно-спомагателен фонд, в който се съхраняват 9994 бр. образци и обменен фонд – с 5899 образеца.
Представените в експозициите движими културни ценности са над 5000, останалите се съхраняват във фондохранилища.
От 1990 г. до 2026 г. музеят е организирал 63 гостуващи изложби от минерални образци в 44 града в България и 2 в чужбина – Скопие, РС Македония и Мишколц, Унгария. Гостувал е и с 8 постерни изложби „Поезията на камъка“ в 7 града в България.
Всички образци от основен, научно-спомагателен и обменен фонд са заведени и в компютърната база данни, която съществува от 1996 година.
Към момента има направена фотодокументация на общо 20 856 минерални образци от основен фонд и фотодокументация на всички витрини в експозицията.