De bovenste verdieping van het Nationaal Archeologisch Museum van Cagliari toont de materialen volgens topografische criteria, waarbij de belangrijkste archeologische sites in de provincies Cagliari en Oristano worden geïllustreerd.
De chronologische route begint met de tentoonstelling van vondsten die behoren tot de culturen van het Neolithicum, het Eneolithicum en de vroege Bronstijd, afkomstig van enkele van de belangrijkste sites, zoals de rotsbeschutting van Su Carroppu di Sirri (Carbonia) of de woon- en begraafplaats Cuccuru s’Arriu (Cabras), met stenen beeldjes van vrouwelijke godheden; talrijke materialen verbonden aan de eneolithische culturen van Ozieri, Filigosa, Monte Claro, Abealzu, en de Campaniforme.
Van uitzonderlijk belang en interesse is de collectie kleine bronzen die een rijke verscheidenheid aan voorstellingen tonen: krijgers gewapend met boog of zwaard, stamhoofden, vrouwelijke godheden, offerfiguren, werkende mannen en vrouwen, maar ook dierlijke voorstellingen, waarbij de stier en het hert domineren. Zij getuigen van de sociale en religieuze organisatie en het dagelijks leven van de nuragische beschaving.
De volgende fases van de Fenicische kolonisatie en de Punische overheersing, tussen de 8e en 3e eeuw v.Chr., worden goed weergegeven door de reconstructie van de Tofet van Tharros (Cabras) en de materialen afkomstig van de sites Nora (Pula), Monte Sirai (Carbonia) en Sant’Antioco.
Van Romeinse tijd zijn de keramiek met zwarte glazuur, dunwandig, Italische, Gallische en Afrikaanse keramiek, glaswerk en lampen. Interessant zijn enkele loodlingots met de naam van de keizer waaronder ze werden geproduceerd. Opmerkelijk zijn de Punische goudsmeedkunst en de Byzantijnse sieraden.
 tot aan de Byzantijnse tijd (8e eeuw n.Chr.), aan de hand van materialen uit oude museumcollecties.){kind=link}