Die Sammlung umfasst alle Großgruppen von Fischen und Amphibien aus Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum sowie die Otolithen- und Schliffsammlung. Bedeutend sind die Typen und Originale von W. Gross und H. von Meyer.

Fische
(30.000 Objekte, 670 Typen, über 1.000 Originale)
Die Sammlung enthält Material aus dem Oberdevon von Bad Wildungen (Slg. Jaekel), dem Devon des Rheinischen Schiefergebirges und des Baltikums (Slg. Gross) sowie von Schottland (Slg. Edinger) und der kanadischen Arktis (Slg. Schultze). Hinzu kommen Fische des Oberjuras von Solnhofen und der Unterkreide Libanons und Brasiliens (Santana Formation). Känozoische Fische stammen aus dem Eozän von Monte Bolca (Italien) und dem Oligozän von Glarus (Schweiz).

Amphibien
(1.500 Objekte, 11 Typen, 239 Originale)
Zu den wichtigsten Fossilien dieser Sammlung gehören die oberkarbonischen Amphibien aus Nýřany (Tschechien; Slg. Fritsch) und Linton (USA), die unterpermischen Temnospondylen aus Lebach (Slg. Jordan) und Odernheim (Slg. Edinger), der untertriassische Parotosaurus aus Helgoland und Trematosaurus aus dem Bundsandstein von Bernburg (Slg. Burmeister).

Otolithen
(5.000 Objekte, 60 Typen, 130 Originale)
Die Grundlage bilden die Sammlungen von Koken (Eozän der USA und Oligozän-Pliozän Deutschlands) und Heinrich (Obermiozän von Deutschland).

Schliffsammlung
(5.000 Objekte, 272 Originale)
Den Hauptanteil umfassen hier die Agnathen und weitere Fische des Obersilurs und des Devons von Deutschland und Lettland (Slg. Gross).