Στο τμήμα αυτό εκτίθεται ένας σημαντικός αριθμός από ζώα και πουλιά της Σάμου, της Ελλάδος, αλλά και από άλλα μέρη του κόσμου.
Μια βιτρίνα περιλαμβάνει χαρακτηριστικά ζώα της Αυστραλίας (καγκουρό, κοάλα, εμού), τα οποία προσέφερε στο Μουσείο η Αδελφότητα Σαμίων του Σύδνεϋ της Αυστραλίας.
Στο εργαστήριο του τμήματος υπάρχει μία συλλογή ερπετών και αμφιβίων της Σάμου, η οποία είναι στη διάθεση των ενδιαφερομένων μελετητών.
Ένα πολύ ενδιαφέρον έκθεμα είναι το λεγόμενο «Καπλάνι», ένα αιλουροειδές, το οποίο πέρασε στη Σάμο από την απέναντι ακτή της Μικράς Ασίας πριν από 150 χρόνια. Το ζώο τότε θανατώθηκε και ταριχεύθηκε με τα μέσα της εποχής. Το ταριχευμένο ζώο περιπλανήθηκε αρκετά όλο αυτό το χρονικό διάστημα και κατέληξε στο Μουσείο μετά από δωρεά του Δήμου Σαμίων.
Το έκθεμα αυτό συντηρήθηκε κατά το δυνατόν και εκτίθεται σήμερα λόγω της ιστορικής του αξίας δεδομένου ότι από αυτό εμπνεύστηκε η λογοτέχνης κ. Αλκη Ζέη (έζησε τα παιδικά της χρόνια στη Σάμο) το βιβλίο της “το Καπλάνι της βιτρίνας“.