國立海洋生物博物館共分台灣水域館、珊瑚王國館、世界水域館及鯨典館四個展示館，以及特展區定期舉辦特展。入口迎賓廣場上設有兩座親水廣場，提供遊客嬉戲及休憩之用。
國立海洋生物博物館共分台灣水域館、珊瑚王國館、世界水域館及鯨典館四個展示館，以及特展區定期舉辦特展。入口迎賓廣場上設有兩座親水廣場，提供遊客嬉戲及休憩之用。
迎賓廣場
入口處有太平洋親水廣場及鯨魚親水廣場，皆以等比例製作的實體模型展示，前者呈現台灣東部海域常見的海豚，旗魚等，後者有大翅鯨跟幼鯨躍出水面，抹香鯨噴水換氣，遊客可在此廣場中戲水消暑，享受南台灣的陽光和沁涼的水意。（>點此觀看鯨魚廣場即時影像[1]）
以水的循環為故事主軸，藉由一滴小水滴的旅行，呈現台灣從冷冽的高山溪流到一望無際的海濱外洋等等，多樣的水域生態環境。並逐一介紹棲息於其中的各式物種及其生物多樣性。
以珊瑚礁漂潛為故事主軸，藉由逐漸下潛海底所看到的海底生物景觀及沈沒的海上交通工具「沉船」，是如何成為海底生物的樂園。最後，介紹全球努力拯救珊瑚的觀念在告訴遊客珊瑚在海洋中的重要性。
探索海哺類
完整介紹海洋哺乳類的生活、生存、生殖等生態行為，以及其所面對的環境問題與生存壓力。此處展示白鯨，透過近距離的接觸，來真實感受海洋哺乳動物。
＞觀看更多內容[2]以時空探查艇遨遊時空及各海域為故事主軸，藉由即時運算之虛擬科技，配合3D或2D的成像方式，重新呈現無法到達或難以到達之水域。並透過展示手法的運用，讓遊客穿梭於虛擬與真實之間，感受遠古時期的海洋、巨大的海藻森林，深不可測的深海水域及寒冷的極地水域。
海藻森林
透過展示窗重現美國加州沿岸海藻森林的豐富動植物生態，包含巨大海藻林及海豹展示。其中展示高達10公尺以上的巨藻，讓遊客體驗每日可生長達50公分巨藻所帶來的震撼。
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