Baltijos jūroje gyvena trys ruonių rūšys, dvi iš jų galima pamatyti muziejuje. Tai Baltijos pilkieji ir Rytų Atlanto paprastieji ruoniai.
Baltijos jūroje dar gyvena Žieduotieji ruoniai ir slapukė Jūros kiaulė. Lietuvos jūrų muziejuje kasmet išgydoma dešimtys sužeistų, išsekusių, sergančių ruonių, kurie sustiprėję yra paleidžiami atgal į Baltiją. Taip muziejus prisideda prie HELCOM projekto, skirto Baltijos jūros pietinės pilkųjų ruonių populiacijos atkūrimui.
Ruonius pamatyti galima Jūrų muziejuje, taip pat ir Baltijos jūros gyvūnų reabilitacijos centre, kuris svarbus ne tik muziejui, Klaipėdai ir ne vien tik Lietuvai, bet ir visoms šalims, turinčioms priėjimą prie Baltijos jūros.
Jie – viena agresyviausių ausytųjų ruonių šeimos rūšių. Šiaurės jūrų liūtai – nykstanti žinduolių rūšis. Labiausiai paplitę Beringo ir Ochotsko jūrų vandenyse, sutinkami prie Aliaskos krantų ir Japonijos jūroje. Jūrų liūtai tokį pavadinimą gavo dėl ilgų, aplink kaklą augančių plaukų, kurie užauga net iki 25 centimetrų ir primena sausumos liūtų karčius. Patinai užauga iki 3,4 metro, o sverti gali net apie toną. Patelės gerokai smulkesnės. Maitinasi žuvimis ir galvakojais moliuskais. Jūrų muziejus, skleisdamas informaciją apie retas ir nykstančias gyvūnų rūšis, moko pažinti, mylėti ir saugoti ir šiuos įspūdingus jūrų žinduolius.
Yra žinoma 17 rūšių pingvinų. Visi jie paplitę pietų pusrutulyje – nuo Antarktidos pakrančių iki šiauriausios pingvinų buveinės Galapagų salose prie pusiaujo. Prieš milijonus metų pingvinų buvo gerokai daugiau, tačiau evoliucijos metu išnyko 30–40 rūšių. Tarp iškastinių pingvinų rasta ir tikrų milžinų – pavyzdžiui, Peru aptiktas buvo žmogaus ūgio paukštis, sveriantis apie 120 kilogramų.
Didžiausias iš dabartinių atstovų – imperatoriškasis pingvinas, gyvenantis Antarktidoje. Šie pingvinai užauga iki 130 cm dydžio ir sveria apie 30–40 kilogramų. Mažiausias – mėlynasis arba mažasis pingvinas, užaugantis iki 30–45 cm dydžio ir sveriantis vos 1–2 kilogramus. Muziejuje gyvenantys pingvinai sveria nuo 3,5 iki 5,5 kilogramų.
