Fra il 1982 e il 2011 il Museo è stato diretto da Fausto Pesarini, naturalista e biologo specializzato in entomologia. Sotto la sua guida, è iniziato un processo di ammodernamento, sia strutturale che funzionale, tuttora in corso.
Nel 1987 il Museo ha inaugurato la propria
Ecologia e territorio, deputata a ricerche sul territorio e alla gestione redazionale di una rivista scientifica specializzata, i "Quaderni della Stazione di Ecologia", giunta al suo ventesimo numero. Dopo una prima fase in cui la Stazione operava attraverso incarichi a collaboratori esterni, dal 1990 essa è gestita da una Ricercatrice di ruolo, laureata in Biologia ad indirizzo ecologico-sistematico.
Sempre nel 1990 veniva assunto il Conservatore per la Zoologia dei Vertebrati, al quale, nel 1996 si è affiancato il Conservatore per la Geopaleontologia. Sono seguiti anni di intensa attività di ricerca, accanto alla quale si è andata strutturando anche la Sezione Didattica, attualmente gestita da un responsabile interno che coordina le attività svolte da un'associazione specializzata in convenzione.
Cruciale per la storia del Museo è stato il 1999: in quell'anno venne inaugurata la nuova sezione espositiva "Ambiente Terra" sulla lettura e l'evoluzione dell'ambiente, interamente progettata dal personale scientifico del museo e allestita con criteri museografici non convenzionali; sempre nel 1999 venne messo in rete in sito Internet ufficiale del Museo, a realizzazione interna, interamente gestito dalla Ricercatrice della Stazione di Ecologia. Infine, sempre nello stesso anno, ha preso l'avvio una serie di corsi di perfezionamento nel riconoscimento tassonomico degli invertebrati terrestri, patrocinati dal Ministero per l'Ambiente e la Tutela del territorio, dalla Società Italiana di Ecologia e dalla Società Entomologica Italiana, rivolti ad un utenza nazionale di tipo universitario e post-universitario. Da quell'anno, si è consolidato il ruolo di importanza nazionale del Museo, con lo sviluppo di altre iniziative importanti, sia nella ricerca che nella divulgazione.
Negli ultimi anni, il Museo ha rimodulato i propri progetti, per allargare lo spettro dell'utenza, inserendo stabilmente le mostre temporanee nella programmazione e organizzando escursioni e altri eventi per il pubblico, sperimentando anche nuove forme di comunicazione.
Dal 2012 il museo è diretto da Stefano Mazzotti, già conservatore per la zoologia dei Vertebrati.