ส่วนการจัดแสดงถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ สถานเลี้ยงสัตว์น้ำเค็มและพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ทางทะเล โดยบริเวณห้องโถงของทางสถาบันฯ จะมีการแสดงโครงกระดูกวาฬแกลบ ที่ตายในเขตน่านน้ำไทย ชั้นแรก จะเป็นส่วนของสถานเลี้ยงสัตว์น้ำเค็ม ซึ่งภายในมีการจัดแสดงสัตว์อาศัยบริเวณชายฝั่งที่มีปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง เช่น แมงดาทะเล, ปลิงทะเล, หอยเม่น, ดาวทะเล, ปูเสฉวน, ดอกไม้ทะเล เป็นต้น ต่อมาจึงเป็นส่วนของปลาในแนวปะการังซึ่งอาศัยอยู่อย่างเกื้อกูลกัน เช่น ปลาการ์ตูนกับดอกไม้ทะเล เป็นต้น ต่อมาจึงเป็นห้องจัดแสดงแมงกระพรุนปลาเศรษฐกิจ ปลารูปร่างแปลกและมีพิษ และปลาที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทร โดยเฉพาะในส่วนของปลาที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรนี้ถือได้ว่าเป็นจุดสนใจของสถาบันแห่งนี้มาตลอด เพราะมีการเลี้ยงปลาขนาดใหญ่ในตู้กระจกขนาดใหญ่ที่มีความจุน้ำถึง 200 ตัน ที่ใช้ความหนาของกระจกถึงหนึ่งคืบ เช่น ปลาหมอทะเล, ปลาฉลามครีบดำ ซึ่งปัจจุบันได้มีการสร้างที่อยู่อาศัยใหม่ให้ใหญ่กว่าเดิมซึ่งสามารถจุน้ำได้ถึง 1,000 ตัน แล้วเสร็จในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2552 และเปิดให้เข้าชมได้ในวันที่ 5 ธันวาคม ปีเดียวกัน

ชั้นบน จะเป็นส่วนของพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ทางทะเล ช่วงแรกเป็นการแสดงนิทรรศการถาวรเฉลิมพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช เกี่ยวกับพระราชกรณีกิจทางด้านการฟื้นฟู อนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ และด้านวิทยาศาสตร์การประมง ต่อมาเป็นการแสดงถึงเรื่องราวของอาณาจักรของสิ่งมีชีวิตในทะเล เช่น แพลงก์ตอน, ฟองน้ำ, หมึกเป็นต้น ต่อมาจึงเป็นส่วนของนิเวศวิทยาทางทะเลและสัตว์ทะเลที่มีความผูกพันเกี่ยวข้องกับวิถีชีวิตของคนไทย มีการจัดแสดงเครื่องมือที่ใช้ในการประมงและเรือประมง เป็นต้น และพิพิธภัณฑ์เปลือกหอย