롯데월드 아쿠아리움 내 지하1층에 위치한 해양생물연구센터는 해양생물 보전을 위한 각종 연구·전시·교육을 한번에 체험하는 공간이다. 랩(LAB) 1, 2 등 2개 존으로 구성되는데 '랩1'에서는 펭귄 번식 등 해양생물의 라이프 사이클(생활사) 연구가 이루어진다. 멸종위기종인 홈볼트펭귄이 알에서부터 부화하고 성장하는 전 생애주기가 이곳을 통해 공개된다. 롯데월드 아쿠아리움은 이미 훔볼트펭귄 38마리 번식에 성공한 바 있다. 연구실에는 알의 부화 성공률을 높이기 위한 전문 부화 장치와 인큐베이터 등이 갖춰졌다. 알의 발달 과정과 아쿠아리스트가 아기 펭귄에게 이유식을 주는 모습 등이 공개된다.
'랩2'는 산호 및 해파리 번식 연구 활동이 진행되는 곳이다. 롯데월드 아쿠아리움은 지난해 7월 멸종위기 종 빅벨리해마 자체 대량 번식에 성공했고 이어 프라이드 에그 해파리, 우파루파 등 6종의 해양생물 1800여 마리의 번식에도 성공했다.
해양생물연구센터의 연구 활동에 대한 설명을 듣는 프로그램도 선보인다. 관람객은 진로직업체험 프로그램 '드림업(Dream Up)'과 단체 관람객들을 위한 아쿠아리움 투어를 활용할 수 있다. 또 일반 관람객이 해양생물연구센터 내부를 방문할 수 있는 체험프로그램도 순차적으로 선보일 예정이다.
롯데월드 아쿠아리움은 2016년 해양수산부로부터 '서식지외 보전기관' 및 '해양동물 전문 구조·치료기관'으로 선정됐다. 이후 국내 보호대상 해양생물 보전 활동과 구조 활동에 적극 참여해왔다.