Plante sau animale, acvatice sau terestre, microscopice sau gigantice, fosilele din Oltenia se remarcă în primul rând prin marea lor diversitate.
Descoperite în cele mai variate locuri (pe văile apelor, în versanţi mai mult sau mai puţin abrupţi, în peşteri, în lucrări miniere sau în săpături sistematice), punctele fosilifere acoperă uniform şi dens harta Olteniei, relevând excepţionala bogăţie a acestei provincii în fosile de mamifere. Cu toate acestea, mai ales în partea de câmpie, teritoriul Olteniei este sărac în aflorimente de mamifere fosile.
Speciile noi pentru ştiinţă, precum şi numeroşii bioindicatori stratigrafici, cronologici şi biogeografici atestă valoarea ştiinţifică a fosilelor de mamifere din Oltenia.
În cadrul expoziţiei se întâlnesc, prezentate în ordine sistematică, unele dintre cele mai importante fosile descoperite pe teritoriul Olteniei, relevante pentru diversitatea, marea bogăţie şi valoarea ştiinţifică deosebită a acestora.
Eşantioanele de plante badeniene şi sarmaţiene descoperite la Ciocadia, Valea Morilor şi Slătioara (jud. Vâlcea) de dr. geol. Valentin Paraschiv demonstrează că vegetaţia, deci şi clima, la acest nivel (12-14 milioane de ani) era etajată. La baza dealurilor se găseau păduri de lauracee (Laurus), ceea ce atestă o climă mai caldă şi mai umedă decât cea din zilele noastre. Mai sus, în zonele umede din jurul lacurilor creşteau păduri mixte, alcătuite din arbori care îşi pierdeau frunza înainte de căderea iernii (alun (Alnus) frasin (Fraxinus), nuc (Juglans), castan (Castanea), platan (Platanus) etc.; în jurul trunchiurilor acestora creşteau liane. În zonele montane se aflau păduri alcătuite din fag (Fagus), stejar (Quercus), pin (Pinus), iar în zonele montane înalte – molid (Picea) şi brad (Abies).
Flora fosilă ponţiană (5 mil. de ani) descoperită pe malul Dunării, la Batoţi (jud. Mehedinţi) este foarte bogată şi diversificată, sugerând existenţa unor zone umede (deltă, lacuri) în care s-au acumulat frunze aparţinând unor specii dominate de fag (Fagus) şi stejar (Quercus).
La Bâcleş (jud. Mehedinţi) a fost descoperită o floră pliocenă (cca 3 mil. de ani) care atestă existenţa unor etaje de vegetaţie: unul de luncă (Taxodium – chiparos, Platanus – platan), altul de câmpie (Quercus – stejar, Acer – arţar) şi un al treilea de coline înalte şi montane (Sequoia).
Eşantioanele de floră cu Byttneriophyllum tiliaefolium provenite din cariera de cărbuni Lupoaia (Motru, jud. Mehedinţi) atestă existenţa unei păduri mari de tei, care creştea într-o climă caldă şi umedă.la nivelul Pliocenului, acum 3 mil. de ani.
Amoniţii sunt cefalopode (înrudiţi cu caracatiţele) care au apărut în apele mărilor şi oceanelor acum cca 400 mil. de ani, în Devonian. Cochiliile lor, bogat ornamentate, pot ajunge pana la un diametru de 2 m. Ei au dispărut acum cca 65 de mil. de ani, la sfârşitul Cretacicului. Cochiliile de amoniţi expuse provin din calcarele jurasice (150-165 mil de ani) şi din marnele cretacice (130-140 mil. de ani) de la Sviniţa (jud. Mehedinţi).
Marea majoritate a speciilor de coralii sunt coloniale. Coralii au schelet calcaros şi trăiesc în apele mărilor. După moartea unui individ, pe scheletul calcaros al lui se dezvoltă alt individ, ajungându-se în felul acesta la alcătuirea recifelor – stânci calcaroase, întinse uneori pe mii de km (Marea Barieră de Corali) în apele calde, puţin adânci şi nepoluate. Coralii au apărut în Cambrian, acum cca 500 mil de ani. Speciile expuse provin de la Bahna (jud. Mehedinţi) şi au o vechime de cca 15 mil. de ani (Badenian). Aceeaşi vârstă o au şi cochiliile de melci şi scoici, ele fiind descoperite în acelaşi recif cu coralier, la construcţia căruia au contribuit.
Cochiliile unor scoici ponţiene de la Cujmir (cca 5 mil. de ani) şi daciene (cca 4,5 mil de ani) de la Ergheviţa sunt frumos ornamentate. Uneori numărul scoicilor este atât de mare încât formează un tip de rocă numit lumaşel.
Moluştele fosile de la Drănic, Podari, Bâlta, Bucovăţ (jud. Dolj) şi Buiceşti (jud. Mehedinţi), sunt caracteristice pentru Pliocenul Olteniei (cca 3,5 mil. de ani). Cele mai reprezentative genuri sunt Pristinunio pentru scoici, şi Viviparus pentru melci.
Pe Valea Blahniţei au fost descoperite fosile aparţinând unor mamifere acvatice sarmaţiene (cca 15 mil. de ani), balene şi delfini.
Fosilele de mamifere pleistocene (cca 1,7 mil. de ani) de la Colţeşti (jud. Gorj) – rinocer, cal, cerb – au fost descoperite în anul 1998, în timpul amenajării terenului pentru instalarea unei sonde de petrol.
Punctul fosilifer Bugiuleşti (jud. Vâlcea) este cunoscut pe plan internaţional datorită numărului mare – peste 20 de specii descoperite şi a valorii lor ştiinţifice. Săpăturile întreprinse aici au permis reconstituirea mediului de viaţă de acum 1,3-1,7 milioane de ani, când pădurile şi câmpiile erau populate cu proboscidieni, rinoceri, cai, boi, antilope, cerbi, hiene, urşi, castori, maimuţe etc.
Fosilele aparţinând unor mamifere precum mastodonţii (Anancus arvernensis şi Mammut borsoni), mamuţii (Mammuthus rumanus, M. meridionalis, M. trogontherii, M. primigenius), rinocerii (Coelodonta antiquitatis) şi cerbii (Cervus elaphus) sunt relativ des întâlnite în Oltenia, fiind definitorii pentru istoria vieţii pe aceste meleaguri.
Reconstituirile scheletice ale mastodontului (Anancus arvernensis) de la Stoina (jud. Gorj), mamutului (Mammuthus meridionalis) de la Leu (jud. Dolj) şi ursului de peşteră (Ursus spelaeus) de la Baia de Fier (jud. Gorj), sunt spectaculoase, constituind puncte de atracţie ale expoziţiei.