Les fossiles des Phosphorites du Quercy sont une autre des nombreuses richesses du Musée. Ces fossiles d'âge tertiaire (- 60 à - 20 millions d'années) ne se rencontrent que dans une région très limitée, de Montricoux à Cajarc. Ils ont été découverts vers 1860, lors de l'exploitation des phosphatess de chaux utilisés comme engrais agricoles. Les restes, qui ont été piégés dans de très anciennes grottes, sont dans un état de conservation exceptionnel. On y trouve des Invertébrés, des Vertébrés, (Reptiles et Mammifères en particulier) qui pour la plupart sont les lointains ancêtres d'animaux vivant actuellement, entre autres les hyènes, les rhinocéros, les tapirs, etc...
Les primates (singes) dont les crânes sont conservés à Montauban sont les plus beaux et les mieux conservés du monde. Depuis son arrivée au Musée, cette collection a toujours intéressé de nombreux chercheurs internationaux.
Primates des phosphorites du Quercy (Adapis parisiensis)
Ce petit Primate vivait dans le Quercy entre -50 et -38 millions d'années. Il pesait entre 2 et 5 kilos, et avait une activité diurne. Peu adapté au saut, il se déplaçait en marchant et en courant sur les branches, un peu comme les singes-écureuils actuels.