Das Ostthüringen-Herbarium dokumentiert die regionale Botanik seit 1850 in einer systematisch geordneten Überblickssammlung. 7.500 Belege von Farn- und Blütenpflanzen werden durch über 2.500 Exsikkate von Moosen, Flechten, Pilzen und Schleimpilzen ergänzt, so dass eine wertvolle Vergleichssammlung zum regionalen Florenwandel der vergangenen 170 Jahre besteht. Kleinere Sammlungen umfassen Früchte, Minen und Gallen. Ältestes historisches Sammlungsobjekt ist ein „Herbarium vivum“ aus der Zeit vor Linné 1758 unbekannter Herkunft.

Auch existieren noch Exponate der Tropensammlung des Botanischen Gartens Robert Leubes (1866-1938), welche pflanzliche Rohstoffe und deren Verarbeitungsprodukte in den Mittelpunkt stellt. Die Herbarien zur 1774 erschienenen ersten Geraer Flora des Drogisten Tobias Conrad Hoppe (1697-1778) wurden beim großen Stadtbrand von Gera 1780 vernichtet, so dass die ältesten erhaltenen Belege auf den Lehrer Robert Schmidt (1826-1890) zurück gehen, der 1857 eine weitere Flora von Gera herausgebrachte. Einige Sammlungsbelege des Geraer Arztes Ferdinand C. Naumann (1841-1902) präsentieren Ergebnisse seiner umfassenden Erforschung der Umgebung von Gera, die 1906 veröffentlicht wurden.

Weitere Herbarien, z. B. von G. Weber und G. Hahn, fielen 1945 den Flammen zum Opfer. Seit den 1970er Jahren nahm das Ostthüringen-Herbarium stark an Umfang zu. Kartierungsprojekte für die 1987 erschienene Lokalflora „Farn- und Blütenpflanzen um Gera“ von Heinz Falkenberg (1923-1998) und Hans-Joachim Zündorf führten zu einer reichen Belegsammlung, an der weitere Sammler wie Reinhard Conrad (1938-2006), Volkmar Dix (1921-2009), Manfred Fleischer, Elke Gehroldt, Andrea Geithner, Jürgen und Birgitt Göckeritz, Kornelia Meyer, Jürgen Rettig und Peter A. Schmidt beteiligt waren.

Forschungsvorhaben wie 1985-1990 im Naturschutzgebiet „Schwarzatal“ trugen zur Erweiterung bei. Methodische Versuche zur Aufbewahrung von Pilzfruchtkörpern in Konservierungsflüssigkeit werden seit 2005 vom Präparator Rainer Michelsson unternommen. Ihm unterliegt die Anfertigung von Replikaten ausgewählten Pflanzen und Pilze auf Kunstharzbasis in der hauseigenen Präparationswerkstatt. Die Erstellung eines Originalabgusses einer Frauenschuh-Orchidee wurde in der Fachpresse 2006 publiziert.