1)Первісної археології

ЕПОХА КАМЕНЮ: Всього у відділі пам’яток кам’яної доби, на сьогодні налічується більше 60 колекцій. Це матеріали стоянок, які широко відомі і стали еталонними для фахівців, а також численні матеріали розвідок. Колекції представлені як одиничними знахідками так і десятками тисяч екземплярів кременевої індустрії.

ЕНЕОЛІТ: Доба енеоліту Північно-Західного Причорномор'я представлена в колекціях музею матеріалами культур Трипілля, Гумельниця (Болград-Алдень) і Чернавода.

ПОХА БРОНЗИ: У колекції музею зберігаються матеріали з розкопок численних курганів і поселень.

2)Античний

СТАРОДАВНЯ ГРЕЦІЯ

Колекція цілих ваз налічує близько 800 екземплярів, серед яких 200 розписних. Колекція теракот за чисельністю (понад 1200 екземплярів) не поступається колекції ваз. Значне місце у зібраннях грецької старовини займають лапідарні пам'ятки і скульптура. Гордістю є колекція кіпрської скульптури. У музеї декілька сотень бронзових античних предметів: вази, світильники, дзеркала, персні, фібули. Не менш цікаві скляні посудини, прикраси і вироби з дерева, кістки, гіпсу. Представлені витвори ювелірного мистецтва з дорогоцінних металів, монети стародавньої Греції, електрові кізікіни, золоті статери Пантікапею, монети Ольвії, Тіри, Херсонеса.

ВЕЛИКА ГРЕЦІЯ: Широку популярність здобули південноіталійські вази, які у своїх кращих зразках не поступаються за якістю аттічним.

СТАРОДАВНІЙ РИМ: Пам'ятники цього часу широко представлені в колекціях музею. Вони походять з Ольвії, Тіри, Боспорської держави, укріплення Картал. Значну частину колекції складають дари приватних осіб і покупки.

3)Скіфо-сарматський

СКІФИ: В музеї зберігаються предмети наступального (наконечники стріл, списа, мечі) та оборонного (панцирі, шоломи, щити) озброєння, зразки скіфської кам'яної скульптури, кераміки, прикрас з металу і скла, ритуальні бронзові котли.

САРМАТИ: Археологічна колекція сарматської культурискладається з предметів, знайдених переважно при розкопках курганів. В музейній збірці, безумовно, виділяється яскравий поховальний комплекс I ст. н.е., відкритий у с.Михайлівка. Матеріали інших сарматських курганів і могильників (Чауш, Градешка, Холмське, Білолісся) представлені місцевою та і імпортною (римською) керамікою, предметами озброєння, прикрасами.

ЧЕРНЯХІВСЬКА КУЛЬТУРА: Це колекція різноманітної і численної гончарної кераміки, прикраси із срібла і бронзи, кістки і скла, прекрасна серія скляних кубків.

4)Середньовічний

ЕПОХА РАННЬОГО СЕРЕДНЬОВІЧЧЯ: У експозиції можна познайомитися з матеріалами поселень VI - VIII ст. до н.е. у с.Ханска (Молдова), у с. Калинівка (Кодимський р-н Одеська обл.), VII - X ст. у с.Шабо (Білгород-Дністровський лиман). По сусідству зі східними слов'янами жили печеніги, половці, тюрки, алани, болгари і хазари, пам'ятники яких також представлені в експозиції.

ЕПОХА КИЇВСЬКОЇ РУСІ: Особливе місце займають матеріали з розкопок поселень і городищ Київської Русі, особливо знахідки з розкопок Десятинної церкви в Києві і предмети, пов'язані з християнським культом.