Das Doerner Institut verfügt über eine umfangreiche Sammlung von Malmaterialien aller Art, diversen Künstlernachlässen und maltechnischen Versuchen aus der Geschichte des Institutes. Sie enthält mehrere Tausend historische und moderne Farbmittel in Reinform, darunter auch ein Teilset der Forbes Pigment Collection des Straus Center for Conservation and Technical Studies der Harvard Art Museums. Die Sammlung organischer Bindemittel umfasst neben historischen und modernen Wachsen, Ölen, Gummen, Proteinen und synthetischen Polymeren insbesondere auch viele Harze aus aller Welt sowie diverse Teere und Peche.
Mehrere hundert Versuchstafeln und verschiedenste maltechnische Rekonstruktionen, teilweise noch von Prof. Max Doerner stammend, dokumentieren die kontinuierliche Beschäftigung des Institutes mit Fragen der Verwendungseigenschaften und Stabilität von Farbmaterialien aller Art. Wichtige Realia sind auch Künstlernachlässe (beispielsweise von Toni Roth, Fritz Winter, Lothar Günther Buchheim u.v.m.) mit vielen hundert historischen Tubenfarben, Farbmusterkarten und Arbeitsmitteln, die unschätzbare Referenzen für die kunsttechnologische Forschung darstellen.
Als Besonderheit beherbergt das Doerner Institut auch ein Teilset der Martius-Pharmakognosie-Sammlung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, die v.a. in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts von zwei Generationen der Familie Martius (Professoren für Pharmazie, Pharmakognosie oder Botanik) gesammelt wurde. Diese enthält wertvolle, weil natürlich gealterte Referenzmaterialien, wie zum Beispiel Naturharze.