地質標本館では、1882年に創設された地質調査所から現在の産総研地質調査総合センターにつながる140年以上にわたるGSJの研究成果を、最新の地球科学情報とともに日本の地質、地下資源、海洋の地質、地球環境、火山と地熱、地震と活断層などのテーマごとにまとめて展示しています。また、常設展示だけでなく、特別展示や緊急展示、講演会等を開催して最新の研究成果の紹介も行っています。展示エリアは、1階エントランスホールおよび4つの展示室からなります。ここに展示パネルや地質模型、映像機器、実物の標本等を使って展示をおこなっています。
地質標本館には、展示等の成果普及とともに、GSJの研究成果としての岩石・鉱物・化石などの登録標本17万点ほどが保管されています。これらの地質標本館登録標本は、GSJの研究成果を保証するとともに、内外の研究機関や博物館等で研究や展示等にも利用されています。
また、光を通すほどに岩石を薄く磨いて、地質の研究に必要な岩石薄片を作製しGSJの研究を支援する地質試料調製業務も紹介しています。その技術は、一般には馴染みのない特殊なものであるため、直接はわかりづらいとは思われますが、高度な技術がなせる技として館内に「石の昆虫」の造形物を展示していますので、来館の折にぜひご覧ください。