Le collezioni dell’orto botanico sono sistemate per la maggior parte secondo criteri filogenetici; all’interno della struttura sono inoltre presenti raccolte caratterizzate da habitus e da adattamenti ad ambienti particolari. Nell’orto botanico e nell’orto medievale sono conservati circa 1200 taxa provenienti dalla flora umbra, e dalla flora di altre regioni italiane. Nelle collezioni sono inoltre conservate numerose entità esotiche di interesse sistematico od economico.
Arboreto appenninico - Nell’arboreto sono coltivati taxa tipici dell’Appennino centrale ed appartenenti ai generi Quercus, Castanea, Fagus, Populus, Salix. Nel sottobosco sono presenti diverse erbacee spontanee, compresi alcuni taxa della famiglia delle Orchidaceae.
Specie acquatiche - La raccolta delle piante acquatiche comprende specie esotiche quali l’Eichhornia speciosa Rojas, la Pistia stratiotes L., la Nelumbium speciosum Willd., la Pontederia cordata L. e specie autoctone; di particolare interesse tra queste ultime sono i taxa estinti e vulnerabili della flora umbra, tra questi si rammentano l’Isoetes histrix Bory, la Trapa natans L., la Menyanthes trifoliata L., la Nymphaea alba L., la Salvinia natans (L.) All., l’Equisetum hyemale L., la Nymphoides peltata (S. G. Gmel.) Kuntze e la Dryopteris thelypteris (L.) A. Gray.
Specie tropicali e subtropicali - Nella serra fredda sono conservate nel periodo invernale numerosi esemplari in vaso tra i quali rammentiamo il Cinnamomum camphora (L.) J. Presl e il Brachychiton populneum R. Brown. All’interno della serra calda sono coltivate Bombacaceae come l’Adansonia digitata L. e la Chorisia speciosa A. St.-Hil., felci arboree come Alsophila cooperi Hook. ex F. Muell. e la Dicksonia antarctica Hook. f., piante di interesse economico come Cananga odorata (Lam.) Hook. f. & Thomson e la Theobroma cacao L.
Xerofite succulente Le xerofite coltivate in serra fredda appartengono a diverse famiglie, tra i taxa più interessanti troviamo l’Euphorbia canariensis L., l’Euphorbia virosa Willd. e l’Euphorbia damarana Leach della famiglia delle Euphorbiaceae; la Bowiea volubilis Harv. ex Hook. f. della famiglia delle Hyacinthaceae; il Pachypodium lamerei Drake della famiglia delle Apocynaceae; lo Xerosicyos perrieri Humbert della famiglia delle Cucurbitaceae; la Didierea procera Drake della famiglia delle Didiereaceae; la Dracaena cinnabari Balf. f. e la Dracaena draco L. della famiglia delle Dracaenaceae; i generi Aeonium, Cotyledon, Crassula, Kalanchoe, Sedum, e Sempervivum, della famiglia delle Crassulaceae; i generi Cereus, Echinocactus, Mammillaria, delle Cactaceae.
Gymnospermae Numerosi sono gli esemplari coltivati in piena terra appartenenti ai generi Abies, Cedrus, Pinus, Juniperus, Larix, Picea, Taxodium, Metasequoia, Sequoiadendron, Torreya. Nella serra fredda sono mantenuti alcuni esemplari più delicati come l’Araucaria excelsa R. Br. e l’Araucaria imbricata Pav..
Altre collezioni Tra le collezioni di piante ornamentali si ricordano: un roseto illustrante la storia della coltivazione del genere Rosa; una collezione di quaranta specie e cultivar di Hydrangea ed una raccolta di cultivar di Pelargonium a foglia profumata. Le specie officinali sono prevalentemente localizzate nell’Hortus sanitatis dell’orto medievale.