博物馆设有鱼类、贝类、虾蟹类、海藻类以及其它水生生物等6间陈列室，共陈列水生生物标本将近3000种。
鱼类标本室拥有的900多种鱼类标本。电鳐会发电；燕鳐会跃出水面，伸展胸鳍在空中滑翔；河豚有剧毒但却是极品美味；鮣鱼在头背部有吸盘，能吸于大型鲨鱼或船底，遨游世界各海洋；鲽与鳎的两只眼长在头的右侧，鲆与舌鳎一对眼睛却生在左侧；还有国家1级保护的鱼类，如中华鲟、达氏鲟等。
贝类陈列室陈列了近千种形态奇特、色彩艳丽的宝贝。有拥有中国四大名螺之称的唐冠螺、法螺、宝冠螺以及鹦鹉螺；有世界上最大的双壳类——大砗磲，最大的壳长可达1.8米，重量可达500公斤，一扇贝壳便可以供给婴儿做洗澡盆使用；有的贝类还可做医药材料，如鲍壳在中药里称石决明，可治疗眼疾；乌贼的内壳海螵蛸可治疗胃病等。
在虾蟹类陈列室400余种类中，有一条名贵的锦绣龙虾，体长达60厘米，重达4.8公斤，堪称虾蟹类的“巨人”；也有小型的鼓虾，鼓虾遇敌时开闭大螯，发出声响如小鼓，故称鼓虾；南极磷虾是生活在南大洋中的一种甲壳类浮游动物，个体不大，但是蕴藏量却十分惊人，约4～6亿吨。
藻类陈列室共有藻类近400种。有每天生长可达50厘米的巨藻；有人们喜爱食用的海带，味道鲜美，且含有丰富的碘，可防治甲状腺肿大；某些红藻及褐藻还可提炼琼脂、卡拉胶、褐藻胶等，可作食品、医药、化妆品、纺织、油漆、酿酒等工业原料。
其它水生生物陈列室陈列了红树、青蛙、海龟、珊瑚、鲎等近400个品种。红树的繁殖类似于动物中的胎生，植物的种子在果实里即行萌发，长出长达5cm—15cm的胚胎，到成熟期胚轴与果实分离自行脱落，插入淤泥中再生长出根及叶；崇安髭蟾是中国特有珍稀濒危两栖动物,有“中国角怪”和“世界上长有最多胡子的蛙”之称；大鲵是世界上现存最大的也是最珍贵的两栖动物，它的叫声很像幼儿哭声，因此人们又叫它“娃娃鱼”。
为了彰扬我国海洋与水产科学界前辈的业绩，更好地推进青少年科技教育工作，馆内设立了“张玺教授纪念厅”、“曾呈奎院士纪念厅”和“朱元鼎教授纪念厅”，介绍了他们的生平事迹并展示和陈列了他们的成果和业绩。
