I 2550 esemplari conservati, appartenenti in passato a collezioni di origini distinte, sono riferibili a 810 specie originarie di tutti i continenti (su oltre 8000 attualmente conosciute e ritenute valide). Il materiale italiano, e in particolare quello descrittivo dell'avifauna della Toscana meridionale, è particolarmente rappresentato (1101, il 44% degli esemplari, 269 le specie interessate). A parte i reperti conservati a scopo di studio, in locali non accessibili al pubblico, la collezione esposta comprende circa 1835 esemplari ed è collocata secondo un ordine sistematico che tiene conto dell'origine evolutiva delle varie specie.
La rassegna inizia dai Ratiti o uccelli corridori, gruppo che si è staccato dagli altri assai precocemente, perdendo del tutto la capacità di volare. Il Casuario uniappendicolato (Casuarius uniappendiculatus) è una delle poche specie di questi uccelli così particolari.
Gli uccelli volatori, o Carenati, iniziano da famiglie proprie di ambienti marini o comunque acquatici. La famiglia dei pellicani (Pelecanidae), ad esempio, conta 7 specie esistenti nel mondo ed è rappresentata in collezione da due esemplari di Pellicano comune ( Pelecanus onocrotalus), entrambi di origine senese. La famiglia delle anatre (Anatidae) è ben più numerosa (147 specie, comprese oche e cigni): la Moretta tabaccata Aythya nyroca era molto comune in passato in Italia, ma oggi risente di gravi problemi di conservazione. Analogamente, tra i rapaci diurni (fam. Accipitridae), il Capovaccaio Neophron percnopterus. Un gruppo numeroso di famiglie, riunite nell'ordine dei Passeriformi, comprende in assoluto il maggior numero di specie. Molte di queste rappresentano i più noti esempi di uccelli migratori, come la Rondine Hirundo rustica.