На II етаж се намира експозицията на Природонаучен отдел. Разположена в 4 зали, с обща площ 300 кв. м., тя отразява забележителната природа на Изочните Родопи, като поставя акценти върху нейните уникални ценности.

Живият свят в тази част на България е представен посредством хербариумни образци, илюстриращи растителното богатство на региона и цветни фотоси-пана, показващи някои характерни и значими видове от неговата фауна. Геологичната част от експозицията съдържа изключително атрактивни колекции от рудни и нерудни суровини, кристали, редки полускъпоценни минерали, както и подбрани образци от петрографията и палеонтологията на региона.