海上对外交流展区以海上对外交流为主题，展示了复原宋元福船以及相关的航海船舶数据及航海科技。通过大型展区陈列、互动体验、公共艺术设计及文物陈列等形式，展现了古代人们如何利用海洋技术及海洋装备的情景。

远古海洋展厅包括洪荒海洋——前寒武纪海洋、生命海洋——古生代海洋、龙海沧桑——中生代海洋、新生海洋——新生代海洋四部分内容，是目前国内展品较全、面积最大的古海洋专题展厅。

今日海洋展厅共展出标本5000余件，其中有许多令人叹为观止的精美标本：长达9.4米的鲸鲨、7-8米的白鲸、极其罕见的怀孕双髻鲨塑化标本、海底滑翔机——蝠鲼、大王乌贼以及300余种五彩斑斓的鱼类和100多种海生鸟类，还有目前世界上最完整的一套中国海域无脊椎动物标本。

海洋互动展区的“欢乐海洋”主题空间划分为热带海洋、温带海洋、极地海洋三个环境分区，是由海洋科普体验项目与休息区域共同构成的复合功能空间，特别适合孩子们参观，既能激发他们的兴趣、又便于理解知识和展开想象。

海洋科普教育区由4个科普教室，1个开放教室和1个开放活动厅组成，将成为学龄儿童和青少年进行海洋科普教育主题活动的重要场所。