Знакомство с Никитским ботаническим садом следует начинать с посещения его научного музея, который был основан при директоре П.Г. Анциферове в 1892г. первоначально как музей наглядных пособий при существовавшем в то время в Саду училище садоводства, виноградарства и виноделия, которое выпускало специалистов высшей квалификации. В 1927г. его здание было разрушено землетрясением, и почти полвека музей в виде различных выставок функционировал в административном здании ботанического сада. Затем к 160-летнему юбилею Никитского ботанического сада, 16 декабря 1972г. научный музей вновь открыл свои двери для многочисленных посетителей в новом, специально построенном для него двухэтажном здании на территории арборетума НБС. Современная его экспозиция работает после капитального ремонта здания с 1982г. и представляет собой постоянно действующую и меняющуюся специализированную выставку направлений работы  и достижений научных отделов Никитского ботанического сада в исторической перспективе за полвека.

     В экспозициях музея представлены уникальные экспонаты, связанные с деятельностью Сада в различные исторические этапы его развития. Первый раздел посвящен отделу флоры и растительности, занимающемуся изучением дикорастущих растений Крыма. Здесь представлены  сведения о работе ботанического кабинета и составе гербария, насчитывающего более 169 000 гербарных листов. Обширная информация,собранная специалистами отдела о составе и динамике растительного покрова и флоры Крымского полуострова, включая заповедные территории, привлекает внимание ботаников всего мира. В экспозиции представлен очень редкий вид пшеницы беотийской, однозернянки. Он считался исчезнувшим из региона, а в настоящее время привлекает внимание селекционеров, так как является важнейшим селекционно-генетическим материалом, одним из предков твердой культурной пшеницы

     Никитский ботанический сад уделяет огромное внимание проблемам охраны растительного мира Крыма. На планшетах отдела охраны природы посетители Сада могут ознакомиться  с экспозицией природного заповедника «Мыс Мартьян», главной ценностью которого являются уникальные сообщества можжевельника высокого, земляничника мелкоплодного и фисташки туполистной, которые включены в «Красную книгу Украины». Научная ценность заповедника заключается в том, что несмотря на небольшую площадь, здесь сосредаточен  богатый генофонд флоры и фауны средиземноморского типа. 

     Раздел по дендрологии и цветоводству знакомит с интродукцией, сохранением и размножением древесных и цветочных растений; разработкой методов улучшения  состояния и развития арборетума, который по праву является визитной карточкой ботанической науки Украины. В арборетуме сосредоточены коллекции древесных растений мировой флоры. На специальной карте музея указаны все источники поступления растений из  юго-восточной Азии, Средиземноморья, Северной и Южной Америки, Африки, Австралии и Новой Зеландии.

     Особой гордостью Сада являются богатейшие коллекции цветочных растений:роз, канн, хризантем, гвоздик, ирисов, информация о которых представлена на планшетах отдела дендрологии и цветоводства. Коллекция семян декоративных растений парка в стеклянных сосудах (более 50 экземпляров) конца 19-начала 20 века, коллекция шишек хвойных пород арборетума сохранилась от музея Никитского училища виноградарства и виноделия и сегодня представлена в экспозиции музея. Внимание посетителей привлекает гигантский плод сейшельской пальмы, мало известный широкой публике, который является предметом особого поклонения и почестей в Индии. Прибиваясь морской волной к соседним с Сейшельскими островами Мальдивским островам, он создал о себе легенду на много лет вперед. Его название-Coco de mer-морской орех. Этот плод привез в подарок музею известный физиолог Любименко В.Н. 

    Многочисленные дипломы, аттестаты, медали, грамоты, полученные Никитским садом на различных выставках, говорят о международном признании его селекционных достижений. 

    С первых дней существования Никитского Сада особенно большое внимание обращалось на развитие плодоводства. В настоящее время Сад является единственным в Украине хранилищем видового и сортового разнообразия южных плодовых культур, включающих более 11000 сортов персика, абрикоса, алычи, инжира, граната,черешни, киви, фейхоа, миндаля, грецкого ореха, хурмы. Муляжи лучших сортов селекции НБС-ННЦ представлены в музее. За успехи в развитии плодоводства Никитский сад получил свыше 60 дипломов, свидетельств и медалей на различных выставках

     Отделом агроэкологии НБС проводятся экологические исследования по оценке территорий для размещения многолетних плодовых и декоративных растений. Специалистами отдела составлены карты почв, климата и сельскохозяйственного районирования Крыма, которые учитывают в своей работе производственники.

    Тесно связаны с вопросами садоводства исследования сектора энтомологии и фитопатологии по разработке интегрированной системы защиты плодовых садов от болезней и вредителей с использованием химических и биологических методов. В музее представлены результаты этих исследований в ряде хозяйств  Крыма, образцы феромонных ловушек.

    Никитский сад по праву называют основоположником эфиромасличного производства в России и СССР. Многие новые сорта эфиромасличных растений селекции Сада занимают значительные площади в хозяйствах. Особое внимание посетителей привлекают экспонаты отдела новых ароматических и лекарственных культур: старинные флорентины с эфирными маслами различных видов растений; продукция, изготовленная на основе пряно ароматических растений: фиточаи серии «Никитский сад», пряности «Никитский сад», бальзамы.

    Комплексная оценка качества плодов, состава эфирных масел и растений природной флоры, заслуживающих введения в культуру, проводится отделом биотехнологии и биохимии растений. Практические результаты научных исследований отдела реализованы в продукции пищевого, лечебно-профилактического и технического назначения, что подтверждено многочисленными авторскими свидетельствами.

    Представление о биотехнологических исследованиях в Саду дают фотографии, иллюстрирующие  приемы  клонального размножения безвирусного посадочного материала декоративных и южных плодовых культур. Научные сотрудники отдела являются членами Международной ассоциации по культуре тканей и биотехнологии.

     Многолетняя научная деятельность Никитского сада выразилась не только в реализации крупных научных достижений в сельском хозяйстве, но и в создании фундаментальных отечественных школ в области ботаники, цветоводства, плодоводства, физиологии и биохимии растений, цитологии и эмбриологии, эфиромасличного растениеводства, биотехнологии. Фотографии ведущих ученых этих школ представлены в музее.

     Никитский сад пользуется широкой известностью не только в Украине, но и в зарубежных странах. Его международные связи сопровождаются  обширной перепиской с иностранными учеными, обменом саженцами, гербариными образцами, семенами, литературой. Установились тесные связи с учеными из Чехии, США, Германии, Франции, Италии, Греции, России, Белоруси и других стран СНГ. Сад поддерживает творчиские и коммерчиские контакты с более чем 600 учреждениями и организациями 100 стран мира. В заключительной части экспозиции музея освещается эта сфера деятельности. Показаны фотографии многочисленных делегаций, побывавших в НБС, образцы литературы о Саде.