有各種標本近20萬件，珍貴標本6千余件，壹級藏品264件。館藏特點是海洋生物標本和“熱河生物群”化石標本，其中海獸標本20多種，其種類和數量在國內自然史博物館中是最多的，其中大型鯨類、儒艮、白鰭豚、大熊貓、金絲猴、針鼴、鴨嘴獸、朱鹮、極樂鳥、蜂鳥及最早的食蟲類遠藤獸化石等，均為世界珍貴標本。黑露脊鯨體長17.1米，體重66.7噸，是目前亞洲最大的黑露脊鯨外形標本。長須鯨體長18.4米，體重 34.7 噸，是中國唯壹的長須鯨外形標本。古蓮子被埋藏距今約821～1251年，經過培育仍可發芽開花。該館還保存著成套的臺灣省昆蟲和大量的世界昆蟲標本及德國、日本、朝鮮、蘇聯等國的巖礦標本。其中朝鮮半島的正長石晶族，其晶簇之大，晶形之美，為國內外罕見。
該館基本陳列分為海洋生物、地質礦產、生命的起源與人類的出現、動物和植物5大部分，***陳列標本4853件。其中黃海、渤海海洋生物陳列突出了地方特色。大型鯨類標本陳列，國內居首，國外也屈指可數。該館還經常舉辦各種專題展覽，如:《中國毛人圖片展覽》、《優生、優育、優教育》、《法國性的自然史展覽》、《世界昆蟲展》、《南極展》、《南海展》等。
該館參與了省市和全國的動物誌、植物誌等書籍的編寫工作。《中國毛人》壹書獲1983年全國優秀科技圖書二等獎；《蛇島考察》獲1978年省重大科技成果獎。
該館還常與國外進行學術交流。1984年9月，日本北九州市自然史博物館應邀到該館展出了《世界的昆蟲》。1986年8月，該館應邀到日本北九州市、午鶴市展出了《東北的鳥獸》。 天然翡翠（Jadeite）
翡翠的主要礦物為硬玉，摩氏硬度6.5~7，致密、堅韌，是名貴的玉石原料。翡翠壹名在中國古代原本為二鳥名，即翡，赤羽雀；翠，翠羽雀。因翡翠二鳥的羽毛很美，古人常用其制作首飾，並稱之為翡翠。直至明末清初翡翠壹詞漸指以硬玉礦物為主的玉石。
成品翡翠在商貿上按加工工藝分為四類：天然、改善、合成、仿制。
天然翡翠：未經任何人工處理的天然品，俗稱A貨。
改善翡翠：經過漂白填充處理後可使翡翠保持短暫的美麗外觀，這樣的翡翠俗稱B貨；經過染色、浸色、鋦色、鍍膜和輻射加色等手段，使翡翠保持短暫亮麗顏色，這樣的翡翠俗稱C貨。
合成翡翠：指在實驗室通過配料在壹定的溫壓環境下形成的與天然翡翠的化學成分、礦物成分十分接近的品種。
仿制翡翠：壹般指壹些綠色或部分綠色的其它寶石、單晶礦物、人造品及在外觀上相似翡翠的物品。
莊河隕石 （Zhuanghe Stone Aerolite）
1976年隕落於大連市莊河境內，屬於球粒石隕石。
隕石是空間物質隕落到地球上的流星體，可分為三大類：第壹類是鐵隕石，主要成分是鐵鎳合金，含鐵90%左右，比重較大，這類隕石占總數6%；第二類是石隕石，這類隕石數目較多，占總數的92%，它的成分矽酸鹽占90%，其次是鐵鎳合金；第三類是鐵石隕石，鐵鎳與矽酸鹽各占壹半，這類隕石較少，只占總數的2%。此外，我國還有稱為“雷公墨”的玻璃隕石，它們可能不是直接從空間來的，而是大隕石沖擊地表砂巖，熔融後迅速冷卻形成的。隕石標本對推斷地球化學成分、探討天體演化等有著重要的作用。
金剛石 (Diamond)
金剛石素有“硬度之最”和“寶石之王”的稱號，由於它具有超硬、耐磨、熱傳導、半導體及透遠紅外光等優異的物理性能，而被廣泛應用於各工業領域。能用於琢磨寶石的金剛石，稱為鉆石，是最貴重的寶石，由於它具有極高的色散，古時被稱為“夜明珠”。
這裏的金剛石產於大連市瓦房店金剛石礦，重15.95克拉。該礦已探明儲量占全國總儲量的54%，是亞洲最大的金剛石礦，瓦房莊金剛石礦的發現，使中國金剛石總儲量躍居世男第10位。該礦生產的全剛石以質優、寶石級含量高而聞名於世。其產品在國際鉆石市場上享有很高的聲譽。 孟氏麗晝蜓
孟氏麗晝蜓與晝蜓科的其它化石相比較，在演化上更為原始。主要體現在以下幾個方面：後翅臀套較小，僅有6至7個翅室，徑增脈（Rspl）缺；後翅CuAa脈彎曲，帶有5個明顯的後分支；前翅MP脈短，終止於翅後緣近翅結處；翅痣下有壹個明顯的支脈；後翅CuAa和MP域基部較窄，在三角室下方僅有1排翅室。
孟氏麗晝蜓的發現，對於九佛堂組的時代歸屬早白堊世提供了新的證據。
鸚鵡嘴龍
這是壹件世界上罕見的、迄今為止所發現的個體數量最多的壹窩恐龍化石標本，由34條鸚鵡嘴龍幼體和1個成年鸚鵡嘴龍個體組成。幼體平均長度在23cm左右，其頭骨愈合疏松，骨縫明顯，反映出是壹群剛出生不久的幼仔。它的發現證明：恐龍具有育幼行為。
孟氏大連蟾
該標本為模式標本，保存極為完美，是迄今為止唯壹壹件具有完整皮膚印痕的蛙類化石。其鑒定特征是：頭骨大，且寬大於長，上頜骨上具密集的梳狀細齒，額頂骨愈合。肩帶弧胸型，椎體後凹型，薦前椎9枚，前3枚軀椎具有短的肋骨。薦椎橫突寬闊，呈大的扇形。尾桿骨長於薦前椎總長度。前肢粗短，後肢細長。脛腓骨與股骨等長，跗節長小於脛腓骨的壹半。 庫氏硨磲Tridacna cookiana
硨磲是具有外殼貝類中的“巨人”和“壽星”。最大硨磲的貝殼長可達1.8米，重量可達200公斤以上。壽命可達百年左右。它的貝殼外面有幾條很深的溝，如同車輪壓在泥濘路面上的車轍，硨磲的名字也由此而來。硨磲的種類較少，分別為硨（石豪）、庫氏硨磲、無鱗硨磲、鱗硨磲、長硨磲和番紅硨磲6種，我國西沙群島均有分布，在盛產硨磲的海島漁民常把它的外殼作浴盆使用。
保護等級：中國：I級。
笙珊瑚Tubipora musica
笙珊瑚因其很多紅色管狀骨骼密集相連，狀如樂器笙而得名。產於熱帶海洋中，我國的臺灣、海南島、西沙群島、南沙群島有分布。
鸚鵡螺Nautilus pompilius
鸚鵡螺是具有外殼的頭足類軟體動物，因其貝殼表面具有紅褐色的波狀條紋，形如美麗的鸚鵡而得名。它的貝殼背腹旋轉，殼內由隔壁分成很多小室，小室之間由中空的管相通，靠殼口最外面的壹室是它居身的地方叫“住室”，其余的小室充滿空氣，稱為“氣室”。鸚鵡螺可通過調節氣室裏面空氣的含量使身體沈浮於海洋中。
鸚鵡螺因有笨重的外殼，活動不便，平時棲息在深海海底，用觸手在海底爬行，有時也用漏鬥噴水遨遊大海，尤其在暴風雨過後風平浪靜的夜晚，喜歡集群漂浮在海面上，但不久又回到海底，所以很少見到活的鸚鵡螺。
鸚鵡螺主要分布在熱帶和亞熱帶海域，我國臺灣和海南島有分布，數量較少，是我國I級保護的野生動物。
保護等級：中國：I級。
金斑喙鳳蝶
體長29mm，翅展91mm。中國特有珍稀蝶類，分布於海南、廣東、福建等地。雄蝶體、翅翠綠色，前翅黑色、黃綠色的脈紋交錯其間，後翅中央有2個金黃色大斑，尾突細長，端部黃色。由於數量稀少，國際瀕危動物保護委員會（IUCN）將其列為K級（險情不詳種類）或R級（個體數量極少級），中國列為I類保護動物。
琴步甲
體長76mm，寬35mm。分布於東南亞熱帶原始林中。因頭和體翅的外形類似提琴而得名。其背腹扁平，適應樹皮下狹窄的空間。 雙吻前口蝠鱝Manta birostris (Walbaum)
地方名：蝦(魚朋)?、魔鬼魚
英文名：Devilfish 日文名：オニイトマキエイ
分類：鱝形目，蝠鱝科，前口蝠鱝屬
特征：體盤菱形，寬為長的2倍多，尾細長如鞭。眼圓形。噴水孔小，三角形，位於眼後，距眼較遠。鼻孔恰位於口前兩側，出水孔開口於口隅。口很寬大，前位，下頜中部突出於吻前。齒細小而多，只下頜具1齒帶，上頜無齒。鰓孔很大。背鰭1個；尾刺短寬；尾鰭消失。
生境：為暖水性中上層魚類。食遊泳甲殼動物或成群小魚。
分布：大洋性魚類，大連市黃海北部亦有。
價值：可食用。
東方旗魚Histiophorus orientalis Temminck et Schlegel
地方名：旗魚、帆魚、平鰭旗魚
英文名：Sailfish 日文名：バショゥカジキ
分類：鱸形目，旗魚科，旗魚屬
特征：第二背鰭與第壹背鰭間有壹段距離，第壹背鰭前部鰭棘約為中部鰭棘長的1/2。體側具許多淡色斑。第壹背鰭特別高大，帆狀。腹鰭較長，僅有壹枚鰭棘，可折疊入腹凹內，幾伸達臀鰭。除吻部裸露外，其余均被針狀圓鱗，多埋於皮下。尾柄較細，每側有2個短而低的隆起脊。吻向前延伸，長而尖，似劍形。胸鰭位低。頭、體背為青藍色。
生態：為熱帶、亞熱帶海洋上、中層大型兇猛魚類。
分布：大洋性魚類，大連市沿海亦有。
價值：可食，少見。
矛尾翻車鲀Masturus lanceolatus (Lienard)
英文名: sharp tailed sunfish 日文名: ヤリマンボウ
分類：鲀形目，翻車鲀科，矛尾翻車鲀屬
特征：體短卵圓形，側扁而高，體長約為體高1.5倍。皮膚粗糙，內無骨板。口小，前位。背鰭和臀鰭相似，高而窄，呈尖刀狀，位於體的後部。胸鰭短圓形。背鰭和臀鰭鰭條後延，在體後端相連，形成舵鰭，其中央的鰭條延長，呈矛狀突起。幼魚體有有瘤狀尖棘，奇鰭形狀與壹般魚相似，隨年齡增長而棘突漸消失，背、臀鰭也漸尖長。
生態：為熱帶海洋中廣泛分布的漂遊性魚類，晴天風平浪靜時，常將背鰭露出水外，索食浮遊生物，遇風浪時則將身體平臥。體較大，體長可達2.5~3m。
分布：世界各熱帶海區，我國南海、東海有之，但少見。
價值：不大。此標本為我館2004年3月征集的，全長1.12米。目前為本種標本之最。
日本單鰭電鰩Narke japonica (Temminck et Schlegel)
英文名:Electric ray 日文名:シビレエヒ
分類：電鰩目，單鰭電鰩科，單鰭電鰩屬
特征：眼小而突出；噴水孔邊緣隆起；前鼻瓣寬大，伸達下唇；皮膚柔軟。背鰭壹個。頭側與胸鰭間有大型發電器。體盤亞圓形。腹鰭外角不突出，後緣平直。尾具側褶。背部赤褐色，具少數不規則暗斑。鰓孔5個，狹小，直行排列。齒細小而多。
生境：近海底棲魚類。
分布：我市沿海，但很少見到。
價值：可食。
此兩種黃渤海常見。
大連平鲉Sebastes sp.
分類：鲉形目，鲉科，平鲉屬
標本20000501號體長148mm,♀；標本20000502號體長141mm,♂和20021101號體長204 mm,♀。采自黃海北部。屬鲉科。背鰭ⅩⅢ－12；臀鰭Ⅲ－6；胸鰭16~17（下部不分枝鰭條9~10，遊離狀，遊離部分約占1/3～1/7）；腹鰭Ⅰ－5；側線鱗46～48，12～14/20～24。體側黑褐布滿桔黃色斑點，幾乎每壹鱗片中部壹個，奇鰭上的黃斑較大。頭背部黑褐、腹部及胸腹部淺灰褐色，背鰭邊緣黑褐；福爾馬林浸存後，黃斑漸退為乳白色。易與鎧平鲉混淆，區別在：A體色明顯不同，鎧平鲉眼後鰓蓋上有壹明顯黑斑且腹鰭上有褐色小斑點。B背鰭、胸鰭不分支鰭條數皆不同且大連平鲉粗厚。C大連平鲉側線鱗46~48而鎧平鲉29~30。D大連平鲉眼間隔約等於眼徑，而鎧平鲉為眼徑的壹半。為新種。 種 名：版納魚螈
學 名：Ichthyophis bannanica Yang
英文名： Yunnan Caecilian
科 名：魚螈科 Ichthyophiidae
國內分布：雲南、廣東、廣西
我國發現較晚，生境破壞嚴重，尚無保護措施。
種 名：大鯢
學 名：Andrias davidianus (Blanchard)
英文名： Chinese Giant Salamander
科 名：隱鰓鯢科 Cryptobranchidae
國內分布：華北，華中，華南，西南
大鯢又稱“娃娃魚”，是世界現存最大的兩棲動物。
種 名：哀牢髭蟾
學 名：Vibrissaphora ailaonica Yang,Chen and Ma
英文名： Yunnan Mustache Toad
科 名：鏟足蟾科 Pelobatidae
國內分布：雲南
我國特有種，僅見於雲南景東哀牢山與無量山以及西雙版納。 海龜
生活在海裏的龜，個體都比較大，身體呈流線形，四肢呈槳狀，高度適應海洋生活，分布雖廣泛，但數量稀少，都是極珍惜的保護動物。產卵季節，母龜夜晚爬上岸，將幾十到上百個卵產於沙坑內，7—10周後的夜晚，小海龜幾乎同時孵出，憑本能向大海奮力爬行。棱皮龜是世界最大的龜，體重可達1000公斤，全身覆蓋革質的皮膚，背上有七條縱棱。
蟒蛇 Python molurus bivittatus
最大的蟒蛇是產在南美的水蟒，可達11米長，中國產的蟒蛇壹般只有5—7米。蟒蛇捕食時，用粗壯的身軀把獵物纏死，再囫圇吞下。蟒蛇腹部有後肢腳爪的痕跡，這表示它是從像蜥蜴壹樣的動物演化而來的。蟒蛇是國家壹級保護動物。
揚子鱷 Alligator sinensis
遊弋在長江流域被譽為“活化石”的揚子鱷，是中國特有的珍稀野生動物，它經歷了滄海桑田，頑強地生存了兩億個春秋，是國家壹級重點保護野生動物。值得慶幸的是人工繁殖揚子鱷已獲得成功，使得這壹珍稀物種的生存和繁殖成為可能。 雲南黃連（Coptis teeta）
雲南黃連產於雲南西北部及西藏東南部，根莖含黃連堿、小檗堿等多種生物堿，是黃連類藥用植物的上品，現野生資源極少，難以采到，已被列為國家二級保護植物。
雲南穗花杉（Amentotaxus yunnanensis）
雲南穗花杉零星分布於雲南東南部及貴州西南部。由於森林采伐過度，致使數量明顯減少，有滅絕的危險，被列為國家壹級保護植物。
羊角槭（Acer yangjuechi）
羊角槭僅分布於浙江西天目山狹窄的範圍，數量極少，長勢已衰退。該植物種子不孕率高，天然更新能力很弱，已經陷入滅絕的險境，被列為國家二級保護植物。
滇桐（Craigia yunnanensis）
滇桐的木材可做家具和樂器，根和葉入藥，樹皮可造紙，種子可榨油，產於雲南南部、貴州南部和廣西西南部，生於海拔1400~1700米的山地森林中。由於分布區小，又常遭人為破壞，目前已經處於瀕危狀態，被列為國家二級保護植物。
多毛坡壘（Hopea mollissima）
多毛坡壘是我國熱帶雨林的重要組成成分，還是優良的特種建築用材，其木材十分經久耐用。其分布區僅限於雲南南部屏邊、綠春、河口、金平、江城等縣海拔800米以下的山地。由於森林破壞、生境惡化，目前已陷入瀕臨滅絕的境地，被列為國家壹級保護植物。 黑鶴
黑鸛：常棲息於開闊的森林、湖泊、溪流、沼澤地帶。主要以小型魚類為食，也吃小型爬行類、無脊椎動物。幾乎遍布全國。
丹頂鶴
丹頂鶴：棲息於湖泊、草地、海邊灘塗、蘆葦、沼澤等近水淺灘地帶。捕食水中魚蝦。夏季在黑龍江流域繁殖，冬季至東南沿海各省越冬。
雪鸮
雪鸮：棲息於凍原帶、苔原森林、平原和曠野中。以嚙齒類為食，也捕食鳥類。國內見於黑龍江、遼寧和新疆西部。
極樂鳥
極樂鳥：又名“天堂鳥”，主要產在澳洲，棲息在熱帶密林中，主食昆蟲、兼食漿果等：又名“天堂鳥”，主要產在澳洲，棲息在熱帶密林中，主食昆蟲、兼食漿果等。
獸類
灰鯨Eschrichtius robustus ( Lilljeborg )
保護等級：中國：Ⅱ；CITES：附錄Ⅰ。
灰鯨隸屬灰鯨科灰鯨屬，體粗短呈紡錘型，頭部較短。頭部表皮上有如同被針刺的針眼分布。體色為暗灰色。
該標本是1996年12月在大連莊河沿海近岸擱淺死亡的，雌性，體長11.95米。
黑露脊鯨Eubalaena glacialis (Müller,1776)
保護等級：中國：Ⅱ；CITES：附錄Ⅰ；IUCN：瀕危（EN）。
黑露脊鯨屬露脊鯨科露脊鯨屬，身體短粗，沒有背鰭，頭大，且覆有角質瘤。體呈黑褐色，腹面顏色較淺，有雲狀或條紋狀斑塊，鰭肢和尾鰭均呈黑色。黑露脊鯨行動遲緩，喜棲息於水的上層，把整個背部露出水面，故名露脊鯨。
該標本為1977年在黃海北部海域捕獲，雌性，全長17.10米，體重約66.7噸，是我國保存的鯨類動物標本中體重最大的。
長須鯨Balaenoptera physalus ( Linnaeus,1758)
保護等級：中國：Ⅱ；CITES：附錄Ⅰ；IUCN：瀕危（EN）。
長須鯨隸屬須鯨科須鯨屬，體稍細長，呈紡錘形。背鰭呈鐮狀，其後緣凹進。體腹面有54—78條褶溝，由下頜前部縱向延伸至臍後。體色左側比右側色濃。多成群遊動，遊泳速度可超過每小時30公裏。
該標本是1959年在黃海北部捕獲的，雌性，體長18.40米，體重約34.7噸。
抹香鯨Physeter macrocephalus（Linnaeus,1758）
保護等級：中國：Ⅱ；CITES：附錄Ⅰ
抹香鯨隸屬抹香鯨科抹香鯨屬，為齒鯨中的巨無霸。頭部特別巨大，呼吸孔位於頭頂前端偏左側。體色多為藍黑色或黑褐色。
抹香鯨潛水本領很強，最大記錄達2200米。大潛水時可在水中停留55分鐘。
該標本是1993年2月在東港市前陽鎮沿海近岸擱淺死亡的，體長17.5米，重50余噸。
麋鹿
麋鹿是中國的特產動物，屬於偶蹄目、鹿科、麋鹿屬，原產於中國遼寧、華北、黃河與長江中下遊。頭似馬、角似鹿、蹄似牛、尾似驢。體色冬天棕灰，夏天紅棕；頸部至體前有壹條黑褐色縱紋。雄性有角。