国家实物地质资料馆馆藏资料具有广泛性、代表性、特殊性、系统性的特点。
3.2.2.1 库藏实物资料类型具有广泛性
广泛性是指实物地质资料的来源广泛，能从不同的侧面反映地质工作和地学研究的成果。从产生实物资料的工作类型看，包括区域地质调查、矿产资源勘查、水工环地质勘查以及地质科学研究等主要类型；从矿种类型看，包括煤、油页岩等能源矿产，铁、锰等黑色金属矿产，铜、铅锌等有色金属矿产，金、银等贵金属矿产，铌、钽等稀有稀土矿产，磷、重晶石等非金属矿产；从地域分布看，采集实物地质资料的省（区、市）除港、澳、台外，覆盖了其他28个省（区、市）。
3.2.2.2 库藏实物地质资料具有代表性
代表性是指实物地质资料能代表科学理论与重要学说观点，反映不同区域地质条件与重大地质现象或地质事件，反映地质调查、科学研究重大工作成果和重要发现。国家实物地质资料馆馆藏的具有代表性的资料有：
（1）青藏高原1：25万区域地质调查系列实物地质资料。在中国地质调查局组织完成的110幅青藏高原1：25万区域地质调查图幅中，抢救性收集了98个图幅，共计1500余条实测地质剖面的6660块标本、4万多件薄片（含部分光片）。这些实物地质资料系统反映了青藏高原地层、古生物、沉积建造、构造结合带（蛇绿岩、洋壳）、岛弧岩浆岩、变质岩、矿床矿化等基本地质信息，是地质工作者在极端恶劣工作条件下获取的极其珍贵的实物地质资料，具有极高的利用价值，是区域性重大成果与突破性认识的实物见证。通过标本、薄片等实物资料的再观察、再利用，可多次提取地质信息，提高对青藏高原地质现象的认识程度，深化青藏高原区域性的地质对比研究，有利于进一步解决重大地质疑难问题。
（2）以危机矿山接替资源勘查专项为主体的典型矿山实物资料。在中国地质调查局组织实施的230个危机矿山接替资源勘查项目中，筛选收集了116个典型矿山的254个钻孔125469.2米岩心，同时采集了3811件系列标本和174块大型矿石标本。此外还依托其他项目采集了45个典型矿山的岩心、标本和光薄片等实物地质资料。截至2012年，总计采集了161个矿山的代表性实物地质资料。这些实物地质资料不仅进一步反映了危机矿山接替资源勘查及其他勘查项目在增加矿产储量、成矿理论及找矿技术方法等方面的突破性进展，而且代表了我国不同矿种的主要成因类型的基本特征，具有重要的实物档案意义和开发利用价值。
3.2.2.3 库藏实物地质资料具有特殊性
特殊性是指国内外罕见的地质现象、地质作用、成矿类型及环境标志。目前，具有特殊性的库藏资料有：
1.“金钉子”剖面实物地质资料
地质学上的“金钉子”是为定义和区别全球不同年代（时代）所形成的地层的全球唯一标准或样板，并在一个特定的地点和特定的岩层序列中标出，作为确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志，是全球年代地层单位界线层型剖面和点位（GSSP）的俗称，是国际地层委员会和国际地质科学联合会正式公布所指定的年代地层单位界线的典型或标准。全球地层年代表中一共有“金钉子”110枚左右。截至2013年4月，全球已正式确定“金钉子”65枚，我国共确立10枚，是世界上拥有“金钉子”最多的国家。
2014年3月5日，随着浙江常山黄泥塘“金钉子”剖面柱状岩心和系列标本采集顺利入库，标志着国家实物地质资料馆已成功收齐国内10枚“金钉子”实物地质资料。截至目前，我国10枚“金钉子”剖面总计入库781份标本、16套柱状样和1个采自常山黄泥塘“金钉子”、长约50米的岩心样。这10枚“金钉子”分别是：1997年批准的浙江常山县奥陶系达瑞威尔阶层型剖面；2000年批准的浙江长兴县煤山二叠系三叠系层型剖面；2001年批准的湖南花垣县排碧乡中-上寒武统（排碧阶）层型剖面；2004年批准的广西来宾市蓬莱滩乐平统底界层型剖面；2005年批准的浙江长兴县煤山长兴阶-吴家坪阶层型剖面；2006年批准的湖北宜昌王家湾奥陶系赫南特阶层型剖面；2007年批准的湖北省宜昌黄花场奥陶系第三阶底界层型剖面；2007年批准的湖南古丈县寒武系第七阶（古丈阶）层型剖面；2008年批准的广西柳州市碰冲石炭系维宪阶层型剖面；2011年批准的浙江江山市寒武系第九阶（江山阶）层型剖面。
“金钉子”，对地学各学科都具有非同一般的重要意义，是科学界引以为荣的成果，是反映一个国家地学综合实力和水平的标志，是一个国家地学领域的崇高荣誉。
2.大陆科学钻探实物资料
被称为伸入地球内部“望远镜”的大陆科学钻探工程，是直接观测地球陆壳、带动21世纪地球科学和相关工程技术发展的大科学工程。1997年6月，经国家科技领导小组批准，被列入“九五”国家重大科学工程项目。项目由国土资源部组织，由中国地质调查局所属中国大陆科学钻探工程中心具体实施。项目总投资1.76亿元，通过项目的实施，研究开发出一整套新型的、适用于深孔硬岩恶劣条件的钻探技术体系。中国大陆科学钻探工程CCSD—l井通过卫星确定井口坐标后，于2001年4月18日在江苏省东海县安峰镇毛北村北侧破土动工。该井是目前世界第三、亚洲第一深井，井深达到5158米，孔径256毫米，钻探工程历时5年，2007年12月17日通过国家发展改革委员会和国土资源部组织的国家验收。目前国家实物地质资料馆已收集了大陆科钻一井5118米岩心和9005袋岩屑；并落实收集其他科学钻探实物地质资料，逐步建立我国科学钻探系列实物地质资料。
3.2.2.4 库藏实物地质资料具有系统性
系统性是指库藏实物资料的来源和所代表的方面包括不同地质时期、不同地区或空间、不同学科、不同地质工作类型，或统一部署的各类地质工作。如上述青藏高原1：25万区调项目、“金钉子”剖面与建阶地层剖面实物地质资料及不同矿种和不同成矿区带的系列矿床，如：
（1）以地应力测量为主的环境地质实物地质资料系列。目前，国家实物地质资料馆已收集了十几个地应力测量以及地面沉降勘查钻孔的岩心，已经初步建立了首都圈地应力测量系列实物地质资料。
（2）以重点煤矿区为主的实物地质资料系列。在我国13个煤炭基地的40个重点矿集区采集了标准样和系列样品106件，进行了工业分析、镜质体反射率测定、显微组成测定，建立了典型煤样技术档案。