Depuis quand ? Les collections de plantes à fleurs et de fougères puisent leur origine dans le Jardin du Roy, créé en 1635. Par ailleurs, l'herbier national possède des collections de Plantes séchées (comprenant des fougères et des plantes à fleurs, mais aussi des mousses et des lichens) réunies dès le XVII^e siècle par des savants prestigieux, précurseurs de la botanique scientifique : Joseph Pitton de Tournefort, Sébastien Vaillant, les Jussieu, Michel Adanson, Jean-Baptiste de Lamarck... Depuis cette époque, l'herbier s'est considérablement enrichi, grâce aux récoltes rapportées par de nombreux botanistes qui ont surtout prospecté les régions tropicales, et cet effort se poursuit aujourd'hui encore.
Quoi ? Les collections de plantes à fleurs ont plusieurs formes : collections vivantes (jardins, cultures, Conservatoire botanique) et herbiers. L'herbier national, premier au monde par le nombre d'échantillons, est représentatif de la diversité végétale du monde entier : il compte 8 millions de spécimens illustrant 290 000 des 320 000 espèces vasculaires (c'est-à-dire plantes à fleurs et fougères). Il s'accroît de 13 à 14000 spécimens chaque année. Les autres collections sont constituées par les végétaux du Jardin des Plantes, des serres, de l'école de botanique, de l'arboretum de Chèvreloup, du jardin botanique de Menton... Il existe également des collections de graines vivantes (conservatoire botanique).
Comment ? Dans l'herbier, les plantes sont conservées principalement sous forme de planches d'herbier : la plante, préalablement pressée et séchée sur le terrain, est montée sur une planche de papier fort, non acide, de format 44 x 28 cm, et correctement étiquetée ; les éléments trop volumineux (fruits, graines), ou particulièrement fragiles (fleurs), sont conservés à part, en sachets ou en bocaux dans des collections annexes (carpothèque, alcoothèque). Il existe aussi des banques de graines vivantes, conservées dans les chambres froides, au congélateur ou lyophilisées, pour maintenir le pouvoir germinatif.
Où ? L'herbier et la collection de graines vivantes ne sont pas consultables par le grand public. Les collections de plantes vivantes sont visibles au Jardin des Plantes de Paris (roseraie, jardin alpin, école de botanique, carrés de la perspective...), à Chèvreloup (arboretum, serres) et à Menton, au jardin exotique du Val Rahmeh.

Pin, blé, orchidée, pâquerette... c'est une vaste palette de formes et de modes d'organisation que propose le groupe des plantes à graines, qui regroupe les conifères et les plantes à fleurs (angiospermes). On les nomme aussi phanérogames, car ils ont des organes sexuels visibles et très élaborés : des étamines (organes mâles) et des ovules (organes femelles) situés sur d'autres organes différenciés : le cône dans le cas du conifère, la fleur dans le cas de la plante à fleurs. Contrairement aux fougères ou aux mousses, elles ne dépendent plus du milieu aquatique pour leur reproduction Ce sont des insectes ou d'autres animaux (oiseaux notamment), ou le vent, qui assurent la pollinisation, étape indispensable à la fécondation : celle-ci sera suivie par la formation de la graine, qui germera en temps voulu... et le cycle recommencera...

Les fougères possèdent des vaisseaux, comme les plantes à fleurs, mais elles n'ont pas le même mode de reproduction. Chez elles, comme les mousses et les algues, pas de fleurs : l'appareil sexuel est caché (on dit qu'elles sont cryptogames), et elles ont besoin d'un peu d'eau pour se reproduire. Leurs spores, produites sous les feuilles, tombent à terre et germent, en milieu humide, pour fabriquer une petite lame verte foliacée (prothalle) sur laquelle s'effectuera la reproduction sexuée et la croissance d'une nouvelle plante. Leur taille est très variable : dans les régions tropicales, certaines atteignent la hauteur d'un arbre !

Les botanistes du Muséum s'emploient à enrichir, recenser et classer les plantes. La tâche est énorme, loin d'être achevée, et les inventaires de plantes sont fondamentaux : par exemple, une nouvelle espèce de maïs, découverte en 1962 au Mexique, a permis de rendre plus résistantes d'autres espèces avec lesquelles elle a été croisée. De la même façon, une tomate sauvage découverte dans les Andes a servi à améliorer différentes variétés existantes.
Les recherches menées dans l'unité "plantes vasculaires" de l'herbier du Muséum sont centrées sur la taxinomie des flores vasculaires tropicales. Cette priorité se justifie par l'extraordinaire abondance d'espèces vivant dans ces régions, par leur connaissance encore fragmentaire, mais aussi, hélas! par les graves menaces qui compromettent leur survie, les milieux naturels qui les abritent étant souvent dégradés avant même d'avoir été explorés.
Un conservatoire de semences, le Conservatoire botanique national du Bassin parisien, sert d'ailleurs à sauvegarder et réimplanter les espèces rares, disparues ou menacées de cette région.