与恐龙等爬行动物大起大落的发展史相比较，鱼类的演化看起来是那样的漫长而又波澜不惊。其实，这个过程中隐含着脊椎动物进化历程中两次重大的革命：颌的出现与登陆的发生。古生代海洋中笨重的游泳者里发展出了两个大的分支，一个进一步适应于水中的生活，成为地球水域的彻底征服者；另一个则离开了水域，向生活环境更多样化，更富于挑战的陆地发展，成为今天的四足动物（包括两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物）。在古鱼类化石展区中，观众可以见到各地质时期，各个演化阶段的鱼化石，包括带盔披甲的无颌类、原始的盾皮鱼类、高等鱼类化石等。被称为活化石的拉蒂迈鱼也在本馆内展出。