Το Ηραίον είναι ο σημαντικότερος αρχαιολογικός χώρος του νησιού, βρίσκεται  στα δυτικά του νησιού, δύο χιλιόμετρα μακρυά από το Πυθαγόρειο.  Έχει ανακηρυχθεί από την Ουνέσκο  μέρος των Θησαυρών της Παγκόσμιας κληρονομιάς. Αποτελεί ένα αφιέρωμα στην θεά Ήρα, σύζυγο του Δία, βασιλιά των Θεών, από την περίοδο των Γεωμετρικών χρόνων μέχρι και τη Ρωμαϊκή εποχή. Τα σημαντικότερα σημεία στον αρχαιολογικό χώρο είναι ο Ναός της Ήρας, ο Μεγάλος Βωμός και η Ιερά Οδός.

Το Ευπαλίνειο όρυγμα, βρίσκεται δύο χιλιόμετρα μακριά από το Πυθαγόρειο. Το όνομα του το χρωστάει στον μηχανικό σχεδιαστή του Ευπαλίνο και κατασκευάστηκε την εποχή της Τυραννίας του Πολυκράτη, περί τα 550π.χ.. Το έργο αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της αρχαιότητας και αποτελείται από σήραγγα 1035 μέτρων που ήταν σκαμμένη μέσα στο βουνό Κάστρο με κατεύθυνση από βορειοδυτικά όπου βρίσκεται η πηγή Αγιάδες, προς νοτιοανατολικά όπου βρίσκεται η πόλη, με σκοπό την υδροδότηση της. Έχει διαστάσεις 1,80 σε μήκος και πλάτος και κατά μήκος της σήραγγας σε βάθος 2 μέχρι 9 μέτρων βρίσκεται σκαμμένη η αύλακα που είναι τοποθετημένοι οι κεραμικοί σωλήνες που φέρουν το νερό στην πόλη.

Το Αρχαιολογικό Μουσείο Σάμου βρίσκεται στο κέντρο της πόλης,  χωρισμένο σε δύο κτίρια, το παλιό και το νέο Μουσείο. Το παλιό μουσείο χρονολογείται στο 1912, ονομάζεται “Πασχάλειον αρχαιοφυλάκειον” ενώ το νέο Μουσείο άνοιξε τις πύλες του το 1980, ύστερα από δωρεά γνωστής αυτοκινητοβιομηχανίας. Στο νέο Μουσείο φιλοξενείται η μεγάλη συλλογή Αρχαϊκής γλυπτικής τέχνης, κεραμική τέχνη όλων των εποχών, ελεφαντοστέινα, ξύλινα και χάλκινα έργα τέχνης και διάφορα αντικείμενα μικροτεχνίας. Σημαντικά ευρήματα εκθέτονται στα Μουσεία αποκαλύπτοντας αγάλματα όπως ο κολοσσικός κούρος 5.50 μέτρα ψηλός, ένα άγαλμα γυναίκας με ένδυμα σκαλισμένο σε μάρμαρο, μαρμάρινα αγάλματα από το Ηραίο του γλύπτη Γενέλεω και άλλα μικρότερα αγαλματίδια.

Ικανός αριθμός σημαντικών αρχαίων ευρημάτων της περιοχής σώζονται, φυλλάσονται και παρουσιάζονται στην Αρχαιολογική Συλλογή Πυθαγορείου σε ισόγεια αίθουσα του Δημαρχείου.