Значительную часть библиотеки музея составили переданная ему в дар библиотека академика Ф. Б. Шмидта и завещанная ему после гибели на Кавказе библиотека ученого хранителя музея В. И. Воробьева; последняя содержала ценные книги по минералогии, которых было очень мало в музее. Ф. В. Шмидт до самой смерти присылал в музей все оттиски и отдельные издания, которые он получал от русских и иностранных геологов. Кроме того, благодаря обширным связям и влиянию Ф. Н. Чернышеву удалось договориться о снабжении библиотеки изданиями многих отечественных и зарубежных геологических учреждений. Присылали свои издания многие учреждения Академии наук, Геологический комитет, Горный департамент, Минералогическое общество, университеты России, Геологический институт университета в Упсале и др.

За время директорства Ф. Н. Чернышева музей стал регулярно пополняться коллекциями. Так, в 1900 г. поступило пять коллекций, в 1901 г.— девять коллекций, в 1902 г.— 16, в 1903 г.— 12, в 1904 г.-- 31, в 1905 г.-27, в 1906 г.-44, в 1907 г.-33, в 1908— 1909 гг.-69, в 1911 г.-100, в 1912 г.-163, в 1913 г.- 152. Ф. Н. Чернышев привозил новые коллекции из всех мест, где ему пришлось побывать: из геологических экскурсий сессий МГК, из командировок по делам Геологического комитета и т. д. Например, в 1906 г. он передал в музей коллекции, собранные им в Шотландии во время празднования 100-летнего юбилея Лондонского геологического общества.

В. И. Вернадский

Еще в 1897 г. Ф. Н. Чернышев начал переговоры о приобретении весьма ценной коллекции метеоритов Ю. И. Симашко. В то время создалась угроза утечки ее за границу: Венский минералогический музей изъявил желание ее приобрести. Однако цена, установленная ее владельцем (35 000 руб.), была совершенно неприемлемой, и комиссия, в которую входили, кроме Ф. Н. Чернышева, Ф. Б. Шмидт, А. П. Карпинский и П. В. Еремеев, оценили ее в 10—15 тыс. руб. при условии выплаты пенсии семье умершего Ю. И. Симашко. Однако это предложение не было принято правительством, и коллекция была куплена и увезена в Америку. Несмотря на такие неудачи, Ф. Н. Чернышеву благодаря его исключительной энергии и настойчивости удавалось получать крупные суммы на покупку ценнейших коллекций для музея. Так, в 1911 г. по инициативе В. И. Вернадского удалось приобрести великолепную коллекцию минералов П. А. Кочубея. По настоянию Ф. Н. Чернышева Академия наук командировала В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана в Вену для осмотра, экспертизы и оценки хранившейся там коллекции. Сохранились записи В. И. Вернадского об этой поездке: «Сегодня приехал в Вену рано утром и с Ферсманом осматривал коллекцию Кочубея. Мне кажется (и Ферсман то же думает), она не стоит 200 000 — 300 000, которые хочет получить Кочубей. Стоит она значительно меньше — едва ли больше 100 000 руб.» [22]. После долгих переговоров коллекция была оценена комиссией Академии наук в 165 690 руб., и Ф. Н. Чернышеву удалось добиться ее приобретения за государственный счет [23].

Крупнейшим событием в жизни Геологического музея стало поступление в него богатейших палеонтологических коллекций из пермских и триасовых отложений Северной Двины, собранных профессором Варшавского университета В. П. Амалицким в начале XX в. при материальной поддержке Петербургского общества естествоиспытателей. Благодаря усилиям Ф. Н. Чернышева коллекции были переданы Геологическому музею. Перевозились они из Варшавы несколькими эшелонами с 1910 по 1915 г. Уже в 1911 г. они заняли более 1/3 всего помещения Геологического музея и серьезно затруднили его нормальное функционирование. И в наши дни эта коллекция костяков пермских и триасовых наземных пресмыкающихся, растительноядных парейазавров и хищных иностранцевий украшает музей. Ф. Н. Чернышевым были выхлопотаны средства по линии Академии наук для продолжения раскопок на Северной Двине.

Ф. Н. Чернышев использовал для пополнения коллекций самые различные пути и средства. Широко привлекал он любителей геологии и палеонтологии, которые собирали экспонаты и передавали затем их музею. Так, в музее оказались коллекции прибалтийской силурийской фауны, содержавшие несколько тысяч отпрепарированных экземпляров, собранных семьей генерал-лейтенанта С. Н. Плаутина под влиянием его знакомства с академиком Ф. Б. Шмидтом. Академия наук по предложению Ф. Н. Чернышева выразила благодарность С. Н. Плаутину за его ценный в научном отношении дар [24].

От Ф. Н. Чернышева исходили многочисленные ходатайства о приобретении тех или иных коллекций для музея. Так, в 1902 г. он предлагал купить коллекцию мезозойских и третичных ископаемых, содержавшую более 300 описанных форм, у профессора Новороссийского университета И. Ф. Синцова, а также коллекцию юрских кораллов Крыма у О. Ф. Ретовского, в 1904 г.—коллекцию фауны у берлинского профессора О. Иекеля. В 1909 г. он совместно с В. И. Вернадским настаивал на приобретении коллекции минералов Южного Урала у К. Ф. Шишковского. В 1913 г. он отказался от денег, ассигнованных на его поездку в Канаду, и просил их передать на раскопки вновь открытой третичной фауны в Тургайской области. Не все его ходатайства достигли цели, но те из них, которые удалось осуществить, способствовали укреплению музея и повышению его научного потенциала.

Широко развивалась научно-исследовательская работа в музее Ф. Н. Чернышевым и штатными его работниками — учеными хранителями И. П. Толмачевым и В. И. Воробьевым, позже Я. С. Эделынтейном, руководителем лаборатории К. А. Ненадкевичем, препараторами О. В. Кнырко, И. Э, Петцем, М. В. Савицкой и многочисленными внештатными сотрудниками, среди которых были маститые ученые и начинающие геологи и минералоги. Для правильной научной их разборки, каталогизации и препарирования Ф. Н. Чернышев оперативно передавал коллекции крупным специалистам, таким, как академики Хольм (Стокгольм) и Цайлер (Париж), профессора Бротерус (Гельсингфорс), К. Динер (Вена), Кокен (Тюбинген), Я. Рейс (Мюнхен), Зейтц (Эрланген), Н. И. Андрусов (Киев), А. П. Павлов и М. В. Павлова (Москва), Д. Н. Соколов, А. А. Борисяк, . Н. Яковлев, . П. Сущинский, В. Н. Сукачев и др. Постоянно работали в музее А. П. Карпинский, Ф. Б. Шмидт, В. Н. Робинсон, И. Ф. Синцов, многие сотрудники Геологического комитета и Петербургского университета. Хорошо организованная работа позволяла быстро и квалифицированно обрабатывать коллекции. Часть коллекций, не представляющих научного интереса, Ф. Н. Чернышев передавал в гимназии, на-Бестужевские курсы и т. д.

Много труда было положено Ф. Н. Чернышевым на создание регулярно выходящего научного издания — «Трудов Геологического музея», так как он считал, что «издание собственного органа — одно из непременных условий правильного развития музейного дела» [25]. Благодаря его ходатайствам в 1907 г. было получено разрешение на издание трудов музея отдельными выпусками, составляющими в течение года один том. Это значительно способствовало оживлению и укреплению авторитета музея.

Большие надежды, впоследствии вполне оправдавшиеся, возлагал Ф. Н. Чернышев на В. И. Вернадского, избранного в 1906 г. академиком на кафедру минералогии, долгое время (после смерти П. В. Еремеева) остававшуюся вакантной. Однако отсутствие самых обычных приборов и инструментов, а также крайняя бедность помещения музея не позволили В. И. Вернадскому сразу по-настоящему приняться за работу в музее, а вынудили его вместе с Ф. Н. Чернышевым заниматься доставанием хотя бы минимальных средств для него [26]. Ф. Н. Чернышев поддерживал В. И. Вернадского в годы его работы в музее во многих прогрессивных его начинаниях, в частности в организации исследований радиоактивных минералов, которые были им начаты в 1909—1913 гг. на средства Геологического музея и Минералогического общества, которых было явно недостаточно для систематических изысканий. Специальная комиссия Академии наук, в которую входил Ф. Н. Чернышев, признала целесообразным предложение В; И. Вернадского о признании радиоактивных руд государственной собственностью и представила смету расходов на исследование месторождений и на организацию и оборудование лаборатории в 1914—1916 гг.[27]