Das Ziel des Vereins ist die Förderung naturwissenschaftlicher Forschung und Bildungsarbeit im Osnabrücker Land sowie die Publikation der Forschungsergebnisse. Der Naturwissenschaftliche Verein ist Förderverein des Museums am Schölerberg und führt dort regelmäßig Vortragsveranstaltungen zu verschiedenen naturwissenschaftlichen Themen durch.
Zahlreiche Mitglieder sind in den verschiedenen Arbeitsgemeinschaften des Vereins aktiv, die sich eigenständig mit verschiedenen Themenbereichen beschäftigen. Zur Zeit gibt es Arbeitsgemeinschaften für Astronomie, Botanik, Geologie und Ornithologie. Der Verein betreibt eine eigene Sternwarte auf dem Oldendorfer Berg bei Melle.
Seit der Vereinsgründung 1870 haben Mitglieder des Vereins naturwissenschaftliche Sammlungen aufgebaut, die noch heute den Grundstock der Sammlungen im Museum am Schölerberg bilden. Das bekannteste Ausstellungsstück ist der Siegelbaum in der Eingangshalle des Museums.
In den jährlich erscheinenden Osnabrücker Naturwissenschaftlichen Mitteilungen werden die Ergebnisse der Forschungsarbeiten in der Region Osnabrück veröffentlicht. Die lange Tradition dokumentiert in beeindruckender Weise den ökologischen Wandel in der Region.