As coleções do MOVI estão sendo formadas desde a década de 1970 e o acervo é referência internacional para atividades de pesquisa e ensino, podendo ser visitado por estudantes e pesquisadores mediante solicitação ao Departamento de Curadoria.
Todas as peças estão catalogadas através de tombamento informatizado, seguindo os parâmetros do ICOM (Conselho Internacional de Museus) e organizadas em salas de coleção segundo os grandes grupos de animais marinhos.
As salas de reserva técnica estão divididas entre secas e úmidas e toda coleção é guardada de forma organizada, sendo fácil de localizar qualquer animal da coleção.
Alguns números que representam a importância das coleções do MOVI:
- A maior coleção privada de tubarões e raias do mundo (com mais de 11.000 espécimes);
- A maior coleção de tartarugas marinhas da América do Sul (1845 espécimes);
- A maior coleção de mamíferos marinhos do Brasil (896 espécimes);
- A segunda maior coleção de aves marinhas do Brasil (829 espécimes);
- A maior coleção de peixes marinhos do sul do Brasil (10.468 espécimes);
- A maior coleção de invertebrados marinhos do sul do Brasil (com mais de 47.500 espécimes);
- A maior coleção de conchas do Brasil e segunda da América Latina (94.457 espécimes).