Paleontologinėje saugykloje saugomos vertingos mokslui fosilijų (suakmenėjusių augalų ir gyvūnų liekanų) kolekcijos, kuriose yra apie 43 000 mikro- ir makrofaunos pavyzdžių. Tai labai svarbūs Žemės istorijos dokumentai, bylojantys apie biosferos formavimąsi ir jos raidą skirtingais geologinės praeities etapais. Ištirtos fosilijų rūšys ir gentys yra nekintami etalonai nustatant nuogulų amžių, koreliuojant geologinius pjūvius, sudarant stratigrafines schemas, nagrinėjant atskirų augalijos ir gyvūnijos rūšių evoliuciją, charakterizuojant paleoaplinkos būklę geologinėje praeityje. Saugykloje saugomi Lietuvos mokslininkų rasti ir aprašyti holotipai (vienintelis tam tikros rūšies organizmų pavyzdys, pagal kurį pirmą kartą aprašyta rūšis), paratipai (pavyzdžiai, kuriais remiantis yra pateiktas organizmo rūšies ar porūšio pirminis autoriaus aprašymas), gausios darbinės kolekcijos. Didžioji dauguma saugomų pavyzdžių buvo surinkta ir aprašyta Lietuvos geologinėse institucijose dirbusių paleontologų, kurie pavyzdžius rinko pačiose įvairiausiose šiaurinio Žemės pusrutulio regionuose, o vėliau gautą informaciją aprašė monografijose. Šiuo metu saugomos kolekcijos yra pripažįstamos kaip turinčios didelę tarptautinę reikšmę – tiriamos tiek mūsų šalies, tiek ir užsienio mokslininkų.