無脊椎動物化石為台灣地區最常見之化石類別，目前國立自然博物館蒐藏標本大部分採集自台灣地區之新生代地層，另包括中國大陸、印尼、日本、俄羅斯、歐洲、非洲、北美洲、南美洲，以及澳洲等地區。主要包括（1）大型化石：腔腸動物（含現生）、腕足動物、軟體動物、節肢動物、棘皮動物、筆石動物等。 （2）微體化石：有孔蟲、放射蟲、介形蟲、苔蘚動物等。