Bộ sưu tập nằm trong bảo tàng sẽ bao gồm toàn bộ các loài cây và côn trùng có trong tự nhiên Việt Nam. Lẽ tất nhiên, những loài cây từng gắn bó và làm nên nét riêng của Hà Nội sẽ không thể vắng mặt. Các nhà khoa học đã dự kiến lựa chọn khoảng 200 tiêu bản các loài cây đặc trưng của Hà Nội để trưng bày. Những mẫu vật sẽ được chia làm hai bộ sưu tập, một đặt trong hộp kính, một có bao bì cứng. Không chỉ thu thập các mẫu thực vật, bộ sưu tập cũng sẽ dành 100 mẫu tiêu bản giới thiệu về côn trùng (bướm và cánh cứng trong các hệ sinh thái rừng nhiệt đới ở khu vực Hà Nội mở rộng và các tỉnh lân cận, trọng điểm là Vườn quốc gia Cúc Phương). Các mẫu tiêu bản về côn trùng cũng sẽ được xếp làm hai bộ, một để trưng bày, một để trong hộp kín phục vụ nghiên cứu.

Điều đặc biệt, trong kho tiêu bản sẽ không thể thiếu những cây từng gắn với cuộc đời hoạt động cách mạng của Chủ tịch Hồ Chí Minh, cây lâu năm trong Hoàng thành Thăng Long, cây gắn với những danh nhân của Thủ đô như Ngô Quyền, Nguyễn Trãi, Bà Huyện Thanh Quan… Những tiêu bản đặc biệt này sẽ được đựng trong một hộp nhỏ, có "lý lịch trích ngang" về sinh vật học, xuất xứ, ý nghĩa văn hóa hoặc lịch sử có liên quan đến các danh nhân… Khi thu thập, các mẫu tiêu bản này đều làm theo đúng tiêu chuẩn quốc tế. Đối với các cây lớn yêu cầu phải có đầy đủ các bộ phận như gốc, rễ, thậm chí phải có cả phấn hoa, nhựa cây… Với côn trùng, quy trình cũng đòi hỏi nghiêm ngặt không kém. Sau đó các nhà khoa học sẽ cố định mẫu và trình bày trên các giá gỗ có băng dính kèm. Bước tiếp theo sẽ xử lý hóa chất để ổn định và bảo quản lâu dài.

Hiện các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu thảm thực vật tại vườn Bách Thảo Hà Nội, sau đó sẽ tiến hành nghiên cứu, điều tra. Dự kiến cuối năm 2009, Bảo tàng cây sẽ ra mắt công chúng.