4층에는 제1전시실 – 해양생물의 다양성이 있다. 이 전시실은 상설전시실로써 지구상의 다양한 해양생물을 그 기원이 되는 생명의 탄생부터, 진화의 정점인 고래까지 전시되어 있다. 이 곳에서는 지구 표면의 70%를 차지하는 바다에 서식하는 해양생물의 다양성을 만나보고 체험할 수 있다.

그중 4층 전시는 생물을 분류하는 과학적 기준에 따라 순차적으로 전시되어 있다. 해양식물, 플랑크톤, 무척추동물, 어류 순이다.

처음 들어선 입구에는 다양성WALL이 있다. 생물의 기원부터 해양포유류까지 해양생물의 다양성을 직관적으로 느낄 수 있는 공간이다.

다양성월을 지나면 바다의 숲을 구성하며 해양생물의 먹이와 서식처를 제공하는 해조류와 해초류의 표본이 전시되어 있다. 그 옆에 위치한 플랑크톤 존에서는 눈으로는 쉽게 볼 수 없는 작은 플랑크톤들을 모형과 현미경으로 관찰해볼 수 있다.

다음은 무척추동물 존이다. 무척추동물은 지구상의 동물종의 97%를 차지하고 있으며, 곤충을 제외하고 대부분 바다에서 서식하고 있기에 해양생물의 연구에 있어서 아주 중요한 부분을 차지한다. 신종의 방에서는 우리나라에서 최초로 발견하여 등록한 척추동물, 무척추동물, 해양식물, 해양미생물 등 845종을 소개하며 자원관 연구원들의 노력을 엿볼 수 있다.

척추동물의 시작인 어류존에서는 다양한 어류들의 생활사를 엿볼 수 있다. 우리 밥상에서 볼 수 있는 익숙한 어류들과 흔히 보기 어려운 대형어류인 쥐가오리, 개복치, 백새치 등의 표본을 만나볼 수 있다. 이들이 해양환경에서 어떻게 번식하고, 적응하고, 생존하며 살아가는지 알 수 있다.