Oceano Aberto - Vidas em Movimento: a elevada biodiversidade em movimento através do oceano é a linha condutora do núcleo expositivo.
Gentes do Mar de Cascais, Pescarias: dá a conhecer uma realidade muito presente na vila de Cascais, os pregões, as canções de trabalho e as histórias de vida.
Marinha e Navegação: é um núcleo que apresenta temas de grande interesse e memória para Cascais, estando disponível a visualização de algumas regatas famosas através de aplicações multimédia interativas.
A Rota dos Naufrágios: relata o mundo e os vestígios das embarcações naufragadas. Os achados provenientes das escavações foram recolhidos do fundo do mar de Cascais.
O Mar e a Origem da Vida: constituem uma valiosa coleção de fósseis marinhos do museu e dá corpo a uma exposição que nos transporta para as origens da vida no nosso planeta e para o ambiente marítimo.
O Mundo dos Moluscos: inicia um passeio pela vasta coleção de malacologia do museu, onde é possível observar um conjunto de exemplares notáveis de conchas de moluscos distribuídas pelos diferentes oceanos.
D. Carlos e a Ciência Oceanográfica: permitem conhecer o papel do rei D. Carlos no desenvolvimento dos estudos oceanográficos através das suas 12 campanhas e do papel que estas tiveram no contexto nacional e internacional.