Procesul de trecere de la eneolitic la epoca bronzului (cca. 2500-2000 î.Hr.) este evidenţiat de descoperirile ce aparţin amforelor sferice (Piatra-Neamţ, Calu, Mastacăn, Şerbeşti, Oniceni ş.a.) şi culturilor Horodiştea-Erbiceni (îndeosebi Izvoare şi Târpeşti), iar prima parte a epocii bronzului de vestigiile care sunt atribuite culturii Costişa (sala 9).

Perioada mijlocie ale epocii bronzului (aprox. sec. XVII-XV î.Hr.) este reprezentată prin culturile Costişa (Lunca, Borleşti, Poduri) şi Monteoru, fiind evidenţiate pe teritoriul judeţului Neamţ îndeosebi prin situl de la Costişa, ce se află aproximativ la 30 km sud de Piatra-Neamţ.

La fel de importante sunt vestigiile de la Lunca, Siliştea şi Borleşti.

În perioada târzie a epocii bronzului, teritoriul judeţului Neamţ a fost ocupat de comunităţi ale culturii Noua (cca. 1300-1100 î.Hr.). Pătrunse dinspre est triburile de păstori ale culturii Noua au produs o regrupare demografică şi o restructurare teritorială, modificând baza economică. Dintre cele peste 90 de aşezări şi necropole din care au fost evidenţiate vestigii ale culturii Noua remarcăm siturile de la Ciritei, Doina, Săbăoani, Târpeşti, Davideni, Oglinzi, Răuceşti ş.a. de unde provin materialele expoziţionale din sala 10.

Grupul Corlăteni, care este atribuit Hallstatt-ului tracic, este evidenţiat prin materiale ceramice şi piese de metal descoperite la Târpeşti, Dulceşti, Rădeni ş.a. Pentru hallstatt-ul final şi prima etapă a La-Tene-ului descoperirile de la Lunca şi Vlădiceni documentează că aria de difuziune a aspectului cultural Canlia a inclus în secolele V-III î.Hr. şi zona subcarpatică a Moldovei.

Pentru secolele III-II î.Hr. de o deosebită importanţă sunt descoperirile de la Davideni, Târpeşti, Ghelăieşti şi Ţibucani, care atestă prezenţa bastarnilor (sala 11). Referindu-ne la epoca clasică de dezvoltare a civilizaţiei geto-dacice menţionăm că muzeul din Piatra-Neamţ a adus o contribuţie deosebită la cercetarea staţiunilor de la Bâtca Doamnei, Cozla şi Calu. Pe seama mărturiilor arheologice descoperite în aceste situri şi a datelor înscrise de geograful Ptolemeu în cunoscuta sa carte "Geografia" se identifică actualul municipiu Piatra-Neamţ, cu antica Petrodava.

Petrodava, ca şi celelalte aşezări contemporane de la răsărit de Carpaţi a fost abandonată la puţin timp după încheierea războaielor daco-romane şi constituirea provinciei Dacia, dar aceasta nu a însemnat sfârşitul civilizaţiei dacice în zonă. Acest lucru este documentat de descoperirile care aparţin civilizaţiei dacilor liberi (secolele II-III d.Hr.), aşa cum sunt cele de la Piatra-Neamţ - "Lutărie" şi Dărmăneşti, Homiceni, Vlădiceni Moldoveni, Văleni-Boteşti, Săbăoani ş.a. (sălile 14-15).