Il Museo ha lo scopo di ricostruire le tappe più importanti della storia della scrittura, dai segni tracciati sulla pietra fino alla odierna scrittura digitale. Viene illustrata l'evoluzione dei segni, degli alfabeti e dei supporti su cui la scrittura stessa è stata depositata e conservata nel corso del tempo. Alcune delle antiche scritture del Mediterraneo sono documentate con copie o calchi di originali: tavolette di argilla con caratteri cuneiformi, papiri e canopi egizi con caratteri geroglifici, alcune della principali iscrizioni etrusche (le lamine di Pyrgi, il Cippo di Perugina, la Tabula Cortonensis, il Fegato di Piacenza ecc.) e, infine, diplomi militari e fistulae aquariae (tubazioni in piombo) di epoca romana.

Il Museo è completato da una serie di laboratori, nei quali si vuole stimolare la capacità di osservazione dei visitatori più giovani che sono liberi di toccare, usare, manipolare gli oggetti e gli strumenti esposti. I ragazzi possono, inoltre, approfondire alcune tematiche quali la scrittura egizia e quella etrusca, lo scriptorium medievale e la stampa con il torchio.

L'Osservatorio di Santa Maria a Monte, ubicato in località Tavolaia, ha iniziato la propria attività a partire da settembre 1999. Realizzato dal Comune mediante la riconversione di un fabbricato un tempo destinato ad attività scolastica, presenta una sala riunioni e un laboratorio ambientale al piano terra, e il telescopio e la relativa cupola girevole al primo piano. È inoltre inserito negli elenchi dei siti protetti (Legge Regionale n. 37) contro l'inquinamento luminoso.

Tramite una convenzione stipulata con il Comune, l'Osservatorio è gestito dall'Associazione Isaac Newton di Santa Maria a Monte che, costituitasi ufficialmente nel 1992, è impegnata sia nella didattica e divulgazione dell'astronomia, sia nella ricerca. L'attività divulgativa è svolta nel Comune di Santa Maria a Monte e nei comuni limitrofi; spesso sono organizzati anche interventi presso le scuole pubbliche. L'Associazione organizza inoltre numerosi corsi di astronomia a vari livelli. Infine, l'Osservatorio collabora al programma di ricerca internazionale dei pianetini presso il Minor Planet Center di Cambridge negli Stati Uniti.

Già sul finire del Cinquecento, i Medici vollero che nel Giardino dei Semplici pisano – l'Orto botanico – sorgesse una "Galleria" di reperti naturali e di curiosità, primo nucleo di collezioni continuamente arricchite, grazie allo stretto legame con l'Università. Raggiunta una completa autonomia dal Giardino dei Semplici (1814), nel corso del secolo XIX, sotto la direzione di Paolo Savi, il Museo divenne uno dei più importanti d'Italia per le splendide raccolte zoologiche, geologiche, paleontologiche, mineralogiche e per la spettacolare "galleria delle balene". Ancora oggi, dopo il trasferimento dalla vecchia sede di via Santa Maria agli spettacolari locali della Certosa di Calci, concessi in uso perpetuo all'Università di Pisa, si colloca tra i primi musei scientifici universitari per importanza e ricchezza delle collezioni.

Le prime sale ripercorrono la storia dell'istituzione: reperti rari e curiosi, conchiglie decorate, coralli ricreano perfettamente una "camera delle meraviglie" rinascimentale. Notevoli sono i gruppi di animali imbalsamati da Paolo Savi tra il 1820 e il 1830, che destarono giustificata meraviglia alle Esposizioni Universali dell'Ottocento e che furono ritenuti insuperabili dai maggiori musei europei.

La collezione zoologica è composta da quasi 300.000 reperti, raggruppati in tre raccolte principali di origine settecentesca e ottocentesca: la galleria delle balene è una delle più importanti e sorprendenti raccolte di scheletri di cetacei esistente in Europa. Il Museo comprende anche la galleria dei rettili e anfibi, dove sono esposti scheletri di enormi serpenti, gusci di testuggini, un diorama dell'iguana. Nella sezione dedicata ai mammiferi, si può ammirare una grande zanna di Elephans antiquus, il cui ritrovamento sulle spiagge livornesi nel 1881 fu ampiamente commentato persino sulle pagine del "London News".

Ricchissime anche le collezioni mineralogiche e paleontologiche che rimandano ai personaggi di spicco della scuola scientifica pisana: Giuseppe Meneghini, Antonio D'Achiardi, Leopoldo Pilla, Mario Canavari. La maggioranza dei reperti di queste collezioni è databile a partire dalla metà dell'Ottocento, anche se non mancano oggetti più antichi provenienti dal periodo mediceo.

L'Archivio storico del Museo è conservato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, mentre gli inventari seicenteschi si trovano presso l'Archivio di Stato di Pisa.

Una "Galleria" o Museo di Storia Naturale, contenente anche materiali vegetali, fu istituita presso l'Orto Botanico pisano verso il 1591 per iniziativa del Granduca Ferdinando I de' Medici, il quale contribuì ad arricchire le collezioni con pezzi preziosi e rarissimi, secondo il gusto del tempo. Oggi del Museo cinquecentesco restano solo alcuni locali, ai quali si accede dall'Orto Botanico, mentre i materiali sopravvissuti sono conservati nel Museo di Storia Naturale di Calci.

Verso la fine del Settecento iniziò l'organizzazione dell'attuale Museo Botanico, grazie all'impegno di Gaetano Savi, professore di Botanica e direttore dell'Orto fino al 1842. Attualmente il Museo conserva materiali vegetali e collezioni di piante raccolte fin dalla sua origine a scopo di ricerca, di studio e come ausilio all'attività didattica. In particolare, l'Erbario Generale è formato dalle raccolte universitarie databili dal secolo XVIII ad oggi, mentre altri Erbari Personali, costituiti da raccolte realizzate da diversi botanici, furono acquisiti dall'Università dalla fine dell'Ottocento al 1960 circa. Da segnalare anche tre collezioni: la xilologica, con sezioni longitudinali e trasversali del fusto di varie specie arboree; la collezione di campioni vegetali con campioni di frutti, fiori, infiorescenze e semi; la collezione di fossili provenienti dalla Toscana e dal Lazio, dispersa in seguito agli eventi bellici della Seconda Guerra Mondiale, e ritrovata negli anni Novanta.

Di rilievo sono anche i modelli ceroplastici di frutti, macromiceti e parti anatomiche di varie piante, eseguiti fra il 1830 e il 1840 dal celebre ceroplasta fiorentino Luigi Calamai, e le tavole didattiche, formate da grandi pannelli disegnati a matita o a inchiostro, talvolta colorati ad acquerello, realizzati prevalentemente da Enrico Cristofani nella seconda metà dell'Ottocento.

Il Museo condivide con l'Orto Botanico la Biblioteca e l'Archivio, conservati presso la ricca Biblioteca del Dipartimento di Scienze Botaniche.