Svébytnou součástí tachovského muzea je přírodovědná expozice, jejíž stávající podoba pochází z r. 1999. Sestává z několika volně propojených tematických okruhů, přičemž hlavní část zaměřená na prezentaci druhové diverzity území, a vychází důsledně z principů tzv. rostlinně-zeměpisných celků. To jsou elementární krajinné jednotky, které jsou vymezeny obsahově rozdílnou škálou biotopů, zahrnujících i odlišné podmínky prostředí.
V podmínkách tachovského regionu lze takto vymezit: Český les, Tachovskou brázdu a Tepelské vrchy. Každý z těchto celků je charakterizován jak zcela přirozenými, tak i člověkem uměle vytvořenými biotopy, takže kupř. hraniční masiv Českého lesa tu reprezentuje květnatá jedlobučina, podmáčená smrčina a otevřený luční mokřad, sníženinu Tachovské brázdy naopak lužní les a rybník, peneplén Tepelských vrchů dubohabrový háj a skalní step.
U každého ze zmíněných biotopů jsou jsou uvedeni jejich typičtí obyvatelé, ať se již jedná o živočichy (dermoplastické preparáty) nebo vyšší rostliny (barevné fotografie). Na tuto část expozice plynule navazuje blok zasvěcený ochraně přírody a krajiny.
Zde má návštěvník možnost seznámit se s profilem jednolivých zvláště chráněných území, památných stromů, přírodních parků a dalších chráněných kategorií přírody, případně se vůbec poněkud šířeji seznámit s některými z diskutovaných pojmů, jež náleží i v současné době k jakýmsi „pilířům" národní strategie ochrany přírody.
Spíše náročnějšímu zájemci je pak adresováno tabulové schéma shrnující v ucelené podobě vývoj přírody a lidské společnosti v posledních 16 000 letech. V této souvislosti je také pojednáno o některých metodách rekonstrukce vegetačního krytu dávno uplynulých období, zvl. pylové analýze. Na zcela konkrétních případech vrchovišť z bavorské strany pohoří (pro českou část nejsou prozatím srovnatelná data k dispozici) je načrtnuto pravděpodobné druhové složení okolních lesů v období subatlantiku (ca 700 let př. n. l.).
Spíše jako výraz určitého odlehčení a oživení prezentovaného tématu, byla tvůrci do celku zakomponována miniexpozice živé přírody. Jde o dvě terária s vybranými druhy domácích obojživelníků, kteří vlivem skrytého způsobu života unikají pozornosti, nicméně jsou důležitou součástí různých ekosystémů, mimo jiné i proto, že velice citlivě indikují jejich případné kvalitativní změny. Provoz této části expozice je sezónní, což znamená, že setkání s obyvateli terárií je omezeno na období od dubna do konce října.