館内は第1水槽室から第4水槽室まで順路が設定されており、白浜水族館の無脊椎動物展示は系統分類学の順番に沿って整然と並んでいます。海綿動物や刺胞動物から始まり、節足動物、軟体動物、棘皮動物、そして魚類（脊椎動物）へと進化の歴史をたどるように鑑賞できる構成は見事というほかありません。
数ある展示の中でも特に目を引くのが、南紀白浜の磯やサンゴ礁に生息する微小な甲殻類や色鮮やかなウミウシ、巨大なヤドカリの仲間たちです。水槽ごとの水質管理や生息環境の再現度が高く、生き生きと動き回る無脊椎動物のリアルな生態を観察できます。
さらに見逃せないのが、京都大学白浜水族館の見どころとして名高い手書き混じりの解説パネルです。研究者目線による正確無比な学術情報でありながら、クスッと笑える生態の裏話や鋭い観察眼が光る文章が添えられており、一枚ずつじっくり読み込むだけで知の探検へと引き込まれます。
