Con la morte di Gian Gastone de' Medici nel 1737, la Toscana passò sotto gli Asburgo-Lorena. Il granduca Pietro Leopoldo (1747-1792) promosse la riorganizzazione delle collezioni scientifiche che, a partire dal 1769, furono trasferite dagli Uffizi all'Imperiale e Regio Museo di Fisica e Storia Naturale, allestito nelle sale di Palazzo Torrigiani, presso palazzo Pitti, e inaugurato nel 1775 sotto la direzione di Felice Fontana (1730-1805). Il nucleo proveniente dal patrimonio mediceo fu integrato negli anni con attrezzature costruite nelle officine del Museo: macchine da dividere, vari strumenti di fisica, modelli in cera, banchi e tavoli da lavoro, nonché strumenti di precisione acquistati all'estero. Parte di questo patrimonio è esposto in questa sala nelle vetrine originali del museo di Fisica. Il Museo fu anche dotato di un osservatorio astronomico, che ebbe tra i suoi direttori il celebre astronomo e ottico Giovanni Battista Amici (1786-1863). Nel 1841, sotto la direzione di Vincenzo Antinori, la parte più antica della raccolta fu collocata nella Tribuna di Galileo. La collezione continuò a crescere fino al 1859, quando l'ultimo granduca lorenese, Leopoldo II, abbandonò la Toscana.