Il Museo conserva materiale archeologico della zona e fa parte del Sistema Museale Senese. Accanto agli spazi dedicati alle abitazioni, ai santuari e alla ricostruzione di una tomba a camera del VII secolo a.C., si trova la suggestiva sezione dedicata alle divinità salutari legate al tema dell'acqua. Particolarmente interessanti sono il frontone in terracotta di un edificio sacro ritrovato presso la sorgente dei Fùcoli e la biga bronzea a grandezza naturale condotta dalla dea Selene-Diana rinvenuta nel secolo XIX presso la sorgente di Sillene. Di notevole interesse per la conoscenza del territorio in età ellenistica è la ricostruzione degli ambienti per la lavorazione del vino della fattoria scoperta nei pressi di Poggio Bacherina. Una sezione illustra, infine, lo sfruttamento delle acque termali di Chianciano in età romana. Attualmente è in corso di scavo un grande edificio termale in località Mezzomiglio dove sembra essersi recato il poeta Orazio su consiglio di Antonio Musa, medico di Augusto.