Колекцията е разпределена в 4 времеви периода, съставени на хронологично-тематичен принцип.

• Първият времеви период тематично обхваща времето от възникването на най-ранното известно селище на Трихълмието през каменно-медната епоха (IV хилядолетие пр. н.е.) до разделянето на Римската империя в края на IV век. Наличните експонати, характеризиращи медицинските практики през този дълъг период, са: кремъчни ножове, копия на глинени антропоморфни фигури, амулети, култови масички и ритуални съдове, копия на антични бронзови и железни хирургични инструменти, реплики на монети с изображения на здравеносни божества, римски водопроводни и канализационни тръби, спортни пособия, копия на оброчни плочки и фигури на богове от здравеносния пантеон, хербарии с лечебни растения, използвани от траките и сбирка от минерали.

• Вторият времеви период обхваща периода на съществуване на Пловдив в рамките на Византия, Първото и Второто Българско царство до превземането на града от османските турци. В историко-медицински аспект този период се характеризира с възникване и утвърждаване на църковно-манастирската медицина. В експозицията ще бъдат показани копия на икони на светци-лечители, художествено копие на типикона на Григорий Бакуриани за Бачковския манастир (в частта му за медицинската практика в манастира), копие на стенопис с изображение на Гален, копия на нагръдни кръстове. Специален акцент в тази зала е палеоантропологичната експозиция с многобройни костни образци от средновековния некропол към Епископската базилика на Филипопол, чиито текстови, снимкови и графични пояснения ще разказват как и от какво е боледувал човекът през Средновековието.

• В третият времеви период ще бъдат изложени експонати, свързани с медицинските практика от периода на османското робство и Възраждането. Ще бъдат представени копия на османски документи, свързани с медицинското училище към Имарет джамия, хигиенни съдове от епохата, надгробен паметник на лекар от XVII в. (дарение от районното мюфтийство), реплика на амулетен свитък – лекарственик от XVII век, предмети за баене и врачуване, занаятчийски клещи за вадене на зъби. Със снимки, документи и лични предмети ще бъдат представени първите пловдивски лекари преди Освобождението. В експозицията е отделено място за лекари и от други народности, живели и практикували в Пловдив (арменци, евреи, османски турци и др.). Интересен акцент в експозицията е колекцията от османски глинени лули от Пловдив, която напомня за трайното установяване на този вреден навик по българските земи.

• Четвъртият времеви период проследява историята на медицинското обслужване в Пловдив по време на Освободителната война и началото на здравното дело в града, чак до края на 40-те години на XX век, когато е създаден МУ – Пловдив. В експозицията ще бъдат представени инструментариум, апаратура, предмети, книги, дипломи, документи и др., дарени от наследници на пловдивски лекарски фамилии и частни лица.

• Поради големият брой дарени книги, към колекцията ще съществува и библиотечен фонд за стара медицинска книжнина. В нея ще се съхраняват медицински учебници, книги, списания, вестници и др. на различни езици, които вече са библиографска рядкост и могат да бъдат от полза на всички, занимаващи се с проблемите на историята на медицината.