为更好地满足观众参观需求，天津自然博物馆对海洋展厅的展线、展示内容、藏品保护等方面进行了调整。经过为期50天的提升改造，天津自然博物馆海洋展厅在2020年7月15日重新对观众开放。
在展线设计上，按照“由低等的无脊椎动物到高等的脊椎动物，由古生到现生”的自然演化规律，重新调整了贝类、虾蟹、棘皮动物、古鱼类及现生鱼类展区。
在展示内容上，古鱼类展区增加了软骨鱼到硬骨鱼的演化及泥盆纪-鱼类时代等重要古鱼类知识和标本；现生鱼类展区增加了软骨鱼的生物学、行为学介绍，增加了珊瑚礁区鱼类等标本；新设海洋植物展区，增加了43件海洋植物。展示内容的调整使展厅的内容更加完善，有利于引导观众学习海洋知识、认识海洋生物，增强海洋意识。
在藏品保护上，展厅更换了新型恒温恒湿展柜，使展厅标本得到了很好的保护。同时新型恒温恒湿展柜采用了低反射玻璃，整体展示效果更加完美，虾蟹类展区采用了四面通透性展柜，实现了多角度，全方位展示，使观众能够更好地沉浸式体验。