Die Sammlung für Spinnentiere gehört zu den größten und ältesten ihrer Art in Europa. Hinsichtlich mancher Gruppen (Skorpione, Spinnen und Milben) ist sie eine der international wichtigsten Sammlungen und wird durch aktuelle Forschungsprojekte beständig erweitert. So befindet sich in den Kabinetten eine der weltweit größten Sammlungen von Skorpionen. Auch die berühmte Godeffroy-Sammlung von Spinnen aus Australien und der pazifischen Region, die vor fast 160 Jahren im Auftrag des berühmten Hamburger Kaufmannes Johann Cesar Godeffroy gesammelt wurde und mehrere tausend Arten umfasst, ist darin enthalten. Ebenfalls vorhanden ist eine komplette Sammlung aller in Deutschland vorkommenden Spinnenarten, sowie eine wichtige Referenzsammlung von Milben mit mehr als 32500 Präparaten. Aktuell wird sowohl eine Sammlung von Spinnen im Hamburger Umland aufgebaut, als auch die bestehenden Sammlungen aus Südamerika und Australien erweitert.

Die Sammlung ist die größte deutsche Sammlung der Krebstiere und beherbergt ca. 850.000 Individuen von über 7.100 Krebsarten. Das wissenschaftliche Material beinhaltet bedeutende historisches Materialien, u.a. der Gazelle und- Challenger Expeditionen sowie aus den Sammlungen Godeffroy und Pfeffer. Mehr als 90% der Arten in der Sammlung kommen aus dem Meer (insbesondere von der Südhemisphäre), während der Rest aus Süßwasser, terrestrischem und sogar fossilem Material besteht. Die biogeographischen Schwerpunkte liegen in den Südkontinenten, Polarregionen und der Tiefsee. Die Schwerpunkte der Forschung sind die Systematik, Biogeographie und Evolution von Ostracoda, Copepoda, Peracarida (Isopoda, Amphipoda, Cumacea, Tanaidaea) sowie die Decapoda.

Die Sammlung beinhaltet mehr als 65.000 Arten mit ca. 5 Millionen Individuen. Nach fast vollständiger Zerstörung der Sammlung der Holometabolen (z.B. Käfer, Wespen, Schmetterlinge) und nur teilweisem Erhalt der Hemimetabolen Sammlung (z.B. Heuschrecken, Wanzen, Libellen) im Zweiten Weltkrieg, ist die Entomologische Sammlung heute durch Zukauf, Kooperationen und eigene Aufsammlungen wieder zu einer der wichtigsten Sammlungen Deutschlands angewachsen. Mit ca. 10 000 Typusexemplaren und einem starken norddeutschen Fokus ist die Sammlung von hohem wissenschaftlichem Wert. Durch ihre erhaltenen alten Bestände hat sie zudem unschätzbaren kulturellen Wert, da sie das Erbe von Mitgliedern des Hamburger Naturwissenschaftlichen Vereins des frühen 19. Jahrhundert darstellt.

Die Geologisch-Paläontologischen Sammlungen gehen zurück auf Sammlungen des 1907 gegründeten Geologischen Staatsinstituts, das seinerseits aus den mineralogischen und geologisch-paläontologischen Sammlungen des früheren Naturhistorischen Museums Hamburg hervorgegangen ist. Die Sammlung trägt zu einem grundlegenden Verständnis der Zusammenhänge zwischen geologischen Prozessen, Klimaänderungen, Evolution und der Entwicklung der Artenvielfalt im europäischen Raum bei.

Die Herpetologische Sammlung ist mit ca. 90.000 Sammlungsobjekten die fünftgrößte deutsche Sammlung von Kriechtieren (Amphibien und Reptilien). Die Sammlung besteht aus ca. 70 % Reptilien und 30 % Amphibien, überwiegend als Alkoholpräparate. Dazu kommen mehrere Hundert Trockenpräparate (Skelette, Panzer, Reptilienhäute) und mehr als 300 histologische Schnittserien von Amphibien und ihren Larven. Die Sammlung zeichnet sich durch einen hohen Anteil von Stücken aus dem 19. Jahrhundert aus. Die ältesten Objekte sind südamerikanische Schlangen, die Prinz Maximilian zu Wied-Neuwied (1782-1867) gesammelt und beschrieben hat. Die Sammlung beherbergt Exemplare der ausgestorbenen Arten Mauritius-Boa und Kapverdischer Riesen-Skink sowie wertvolle australische Aufsammlungen von Amalie Dietrich (1821-1891).

In der Sammlung sind über 8.000 Fischarten in über 1.300 Typenserien (davon 42 % Primärtypen) aus allen Ozeanen und von allen Kontinenten enthalten. Somit werden etwa ein Viertel aller bekannten Fischarten und zwei Drittel aller Atlantik-Fischarten repräsentiert. Sie ist die größte Fischsammlung Deutschlands mit in Europa und Nordamerika ausgestorbenen Fischarten und kostbaren Präparaten aus dem 19. Jahrhundert, z.B. aus Sammlungen von Godeffroy und Bleeker. Das älteste Sammlungsobjekt datiert aus dem Jahr 1838.

In der Sammlung ist Material von allen Kontinenten und aus allen Ozeanen vertreten. Bedeutende Sammlungsschwerpunkte bilden Landschnecken aus Südosteuropa und Vorderasien, dem nordwestlichen Südamerika (Kolumbien, Peru) und Ostafrika (Uganda), Süsswassermollusken aus Thailand und marine Mollusken aus der antarktischen und der patagonischen Region. Die Sammlung erhält durch durch die Fänge von Forschungsschiffen ("Walter Herwig", "Polarstern") und durch die Übernahme von Privatsammlungen regelmäßige Zuwächse.

Die Sammlung ist eine der bedeutendsten Sammlungen ihrer Art in Deutschland mit 10.000 Zähleinheiten Skelettmaterial und 5.000 Zähleinheiten Alkoholmaterial überwiegend großer Säugetiere. Schwerpunkte der Sammlung sind Hornträger und Wale, Unpaarhufer, Primaten, Raubtiere, Meeressäuger und Fledermäuse. Insgesamt beherbergt die Säugetiersammlung mehr als 17.000 Individuen. Von großer Bedeutung ist die Sammlung von Gehirnen.

Minerale, Edel- und Schmucksteine, Meteoriten, Erze und Gesteine: Der Bestand der Mineralogischen Sammlung der Universität Hamburg umfasst rund 90.000 Objekte und macht sie damit zu einer der größten ihrer Art in Deutschland. Die umfassenden Referenzsammlungen bilden die Grundlage der geowissenschaftlichen Ausbildung und Forschung an der Universität.

Die umfangreiche ornithologische Sammlung umfasst 3.500 Arten. Dazu gehört umfangreiches historisches Material und Teile der ornithologischen Sammlung des Museums Godeffroy aus dem Südpazifik. Geographische Schwerpunkte insgesamt sind: Deutschland, Sao Tomé, Ferner Osten Russlands, China, Angola, Ost Afrika, Indien, Pazifik, Peru, Ecuador, Guatemala, Phillipinen, Neu Guinea, Australien, das Bismarck Archipel und Federn von Vögeln der West Paläarktis. Bemerkenswert ist die große Europa umfassende Sammlung der Elster (Pica pica).

Die Sammlung umfasst alle vielzelligen Tiere, die nicht zu den Wirbeltieren, Arthropoden, Mollusken oder Anneliden gehören. Es sind derzeit Vertreter von 20 Großgruppen in der Sammlung vorhanden. Dies sind unter anderem die Schwämme, Nesseltiere, einige wurmartige Gruppen (Plattwürmer, Rundwürmer und andere), Stachelhäuter und Manteltiere. Die meisten Tiere werden als Alkoholpräparate aufbewahrt, wenige als Trockenpräparate. Viele der sehr kleinen Tiere werden in Form von mikroskopischen Präparaten aufbewahrt. Die Sammlungen einiger Tiergruppen gehören zu den umfassendsten und bedeutendsten weltweit, beispielsweise die Gruppe der Meeres-Nematoden, der Saitenwürmer (Nematomorpha), der Pfeilwürmer (Chaetognatha), der Süßwasser-Moostierchen (Bryozoa) und der zu den Manteltieren gehörenden Seescheiden (Ascidia).