海洋始于地球誕生之初，擁有最多的自然生命奧秘，見證最悠久的歷史演變痕跡。習近平總書記提出的“海洋經濟發展前途無量。建設海洋強國，必須進一步關心海洋、認識海洋、經略海洋，加快海洋科技創新步伐”，需引導公眾了解海洋知識，激發保護意識，共建海洋未來。

海洋探索展廳由向海而生、生物寶庫、海洋動力三大展區組成，展示面積1400㎡，展品數量共計58件，讓參觀者領略海洋的無限魅力，感受海洋蘊含的無限可能。

展廳由向海而生區開始，展示古代人類沿海進行貿易與文明交流的航海史，以及船舶制造及航海技術的演變史，凝聚人類智慧的光芒，也為現代船舶發展提供基礎原理；再進入生物寶庫展區，觀看深邃海洋中的各種神奇生物，揭秘藍色星球中的各種海洋知識，講述人類如何開發海洋中的生物資源，模仿其中的生物特點；最后進入海洋動力展區，展示人類在深入海洋的過程中不斷精進探索技術，驅動人們更進一步了解海洋，發掘海洋的無盡寶藏！