海科館做為海洋國家推動海科學與科技洋教育形象之表徵，期許自身成為國內海洋科學與科技、海洋人文與生態等領域之國家級重要典藏機構，肩負起為國家留存見證國內海洋科學與科技之發展、海洋文化之型塑及海洋生態特色之相關文物與標本，以達成建館使命及國家級博物館應擔負之責任。


一、蒐藏宗旨
本館將優先蒐藏我國重要海洋科學與科技、海洋生態及海洋文化相關之物件與標本，並擴及其他時期國內外重要相關物件與標本，以達成本館建館宗旨：「本館將藉著各項展覽、教育、蒐藏和研究活動，呈現與詮釋有關海洋科學與科技的發展與應用、臺灣海洋文化的形成、海洋生態的演化，及人類與海洋的關係。」

本館蒐藏以符合本館蒐藏宗旨之物件及標本為主，另以各種物質形式保存的相關文獻、檔案與口述歷史資料亦納入蒐藏範圍。


二、蒐藏目標
基於本館階段性發展及計畫性研究所需，本館現階段蒐藏目標為：
（一）符合本館展示或研究需求，所獲得的標本或物件。（二）對臺灣海洋相關技術與產業發展具關鍵影響的物質見證及口述歷史。（三）因社會與經濟情勢的變遷，而致瀕臨滅失的重要海洋相關產業物件或各類型資料。

三、蒐藏範疇
海科館蒐藏範疇將依循館內中長期發展計畫與本館研究方向，分成海洋科學、海洋科技、海洋生態及海洋人文四大領域。另將結合館內研究特色及周遭自然資源，發展出特色典藏主題。

在海洋科技部分，範圍非常廣泛，包括地球科學、工程及海洋科學中的應用等。廣義的來說，海洋科技可分為造船工程、油氣探勘、流體力學、船舶運輸、航海技術、水下技術、海洋遙測、海洋資源與環境保護、氣候變遷、遊憩安全等。

為使民眾更瞭解「海洋科技」領域與發展趨勢，進而體會海洋科技的重要性，未來海科館海洋科技蒐藏目標，將配合館務發展、展示與研究等方向，以「水下技術」、「船舶科技」及「海洋衛星遙測」作為優先蒐藏項目。目前已有「中科院飛翼船」、「氣象局資料浮標」與「水試所救生艇」等大型藏品以公開展示方式，使民眾近距離體驗海洋科技。

在海洋科學部分，海科館利用｢海洋科學家口述歷史計畫｣，針對臺灣資深海洋科學研究人員進行口述歷史訪談與私人檔案蒐集。本計畫以海洋物理、海洋化學、海洋生物、海洋地質與海洋工程五大領域為主，預計蒐集15位以上資深科學家口述歷史資料。徵集之口述歷史及資料除提供學術研究外，將配合歷史與社會學專業人士，以科普形式與社會大眾分享，引導國人重視海洋科學與建構臺灣科學發展歷史。

另搭配本館所藏現生生物類別，本館亦計畫性蒐集海洋古生物化石，目前已購入化石計130項，主要以遠古海洋無脊椎生物如珊瑚、三葉蟲、菊石、蝦蟹、痕跡化石與脊椎動物魚類為主。未來將配合科技部研究計畫，結合本館與外部機構研究人力進行臺灣古生物研究調查，重點在臺灣甲殼動物之螃蟹類化石。

在海洋生物標本典藏上，以魚類及甲殼類為蒐藏重點，並有部分兩生類、爬蟲類（海蛇、海龜）及哺乳類（鯨、海豚等）等較大型海洋生物標本。目前本館生物標本的蒐集，以採集為主、捐贈與交換為輔。採集範圍以臺灣本島四周海域及澎湖、小琉球、蘭嶼、綠島為中心，中國大陸沿海次之，東海、南海、西太平洋、印度西太平更次之，距離由近而遠，範圍由小而大來蒐集。目前魚類大約蒐藏有1200種，甲殼類約400種。

在海洋人文部分，本館以建構「看得見的臺灣海洋史」作為蒐藏目標、以「海洋記憶」作為本館海洋人文蒐藏領域特色典藏。希冀透過各項與海洋生活、產業、宗教信仰等主題相關之常民文物、影像、口述歷史的徵集，逐步建構出臺灣海洋文化的完整面向。目前本館海洋人文類藏品約1254件，特色藏品包括劉寧生船長環航世界之文物及幻燈片、太平公主號模型、達悟族拼板舟、原住民藝術家「海祭」作品等。目前則以海科館前身「北火電廠」為主題進行老照片、史料及相關物件之徵集。

除此之外，本館正逐步進行藏品數位化及藏品文創加值應用計畫，如以劉寧生船長環航世界世界為基礎發展出的「海島少年」數位繪本及互動式APP以及「探索女孩」、「火熊」等文創圖素。