Il museo dell'Osservatorio Vesuviano, realizzato nella sede storica, ospita una mostra permanente che conduce il visitatore attraverso un affascinante percorso nel mondo dei vulcani. Si parte dalla descrizione dei vari tipi di eruzioni e della loro pericolosità, per giungere all'osservazione in tempo reale dei dati sismici e geochimici registrati dalla rete di sorveglianza dell'Osservatorio Vesuviano. Tutto ciò con l'ausilio di filmati, illustrazioni, collezioni di rocce e minerali, strumenti storici, libri e dipinti.

Il Museo dell'Osservatorio Vesuviano ospita antichi strumenti scientifici, utilizzati da scienziati e ricercatori nel corso dei secoli, alcuni dei quali sono di eccezionale importanza storica, come il sismografo di Luigi Palmieri. Una parte di questi strumenti è esposta nelle sale Mercalli e Wiechert della Mostra.