鎮館之寶
台博館現有館藏品約10萬件,涵蓋了人類學、地質學、動物學、植物學等4大範疇,保存許多台灣現已滅跡的動物標本、台灣特有礦物及珍貴化石,以及日治時期收集的原住民文物、南洋文物、史前文物和台灣文物等等,為台灣的自然史提供最佳證物,也是學術界珍視的研究重鎮。
鎮館之寶包括「台灣最珍貴的哺乳動物化石──早滮騕R牛」,由日本著名的人類學家大塚裕之和台灣地質學家林朝棨於1971年9月在台南縣左鎮的菜寮溪所發現。這些幾近完整的早滮顙種犀牛化石,距今約50萬年,是台灣有犀牛生存的有力證據。
同樣在左鎮菜寮溪河谷,還發現台灣最古老的人類化石「左鎮人」,距今約5萬年,體質型態已確定屬舊石器時代晚期的「現代智人」,其生活方式與約略同期的台東及恆春半島的「長濱文化」頗為近似。
此外,台博館還有數量頗豐的台灣原住民頭飾、項鍊收藏,其中最特殊的當屬布農族的「人牙項鍊」;一顆顆人牙串成的項鍊,究竟是對已逝族人的懷念?或是勇士「出草」(獵人頭)的戰利品?因年代久遠,象徵意義已不可考。
安置在館外廣場的「騰雲號」火車頭,是台博館的招牌展品,也是台灣最早、世界上保存最好的老火車頭之一。2003年民間團體台北永樂扶輪社發起「騰雲號榮退80年活力再現活動」,出資整修展示場的外觀及照明設備,如今高齡119歲的騰雲號依然神采奕奕,遊客只要投幣,就可以聽到這部蒸氣火車啟動時的氣笛聲喔。

「台灣民主國」以「藍地黃虎」為旗幟,目前台博館館藏的「黃虎旗」,為1953年丘逢甲的後代丘念台邀集人出資,請畫家林玉山重繪,但尺寸只有原旗的六分之一。