Le passioni principali di Luigi d’Arco, quelle su cui il conte indirizzava la maggior parte dei propri studi, erano indubbiamente la botanica e la malacologia. Ma, da naturalista della sua epoca, non lasciava inesplorato nessun campo delle scienze della natura. Di questo sono testimonianza preziosa i suoi taccuini, veri e propri “quaderni di campagna” che riportano accanto a bellissimi disegni botanici, entomologici o malacologici, schizzi di formazioni geologiche, accompagnati da note personali e richiami a testi scientifici; appunti mirati a studiare ed approfondire, una volta rientrato a palazzo, quanto aveva catturato la sua attenzione nel corso delle esplorazioni “sul campo”. La collezione mineralogica e petrografica del Museo racconta in buona parte questa modalità di approccio; si tratta di una raccolta composta da 1088 minerali e circa 2500 rocce, il cui nucleo centrale è costituito da campioni raccolti dal conte d’Arco durante le sue escursioni fra le Colline Moreniche, le Prealpi Lombarde e Venete, l’Appennino Emiliano e l’Isola d’Elba. Alcuni pezzi provenienti da aree più distanti dal mantovano, come ad esempio i campioni di zolfo e celestina della Sicilia o la pirite della Crimea, sono invece con buona probabilità frutto di scambi con altri naturalisti o di acquisti. Fra le rocce, si segnala un bel campione di basalto colonnare proveniente dal Vicentino e diversi esemplari della serie dei “graniti dei laghi” (Baveno, Montorfano, Mergozzo) accompagnati dal marmo rosa di Candoglia, la pietra ad uso esclusivo della Fabbrica del Duomo di Milano.