Ähnlich wie in einem richtigen Zoo mit lebenden Tieren enthalten die Beschriftungen der Exponate außer Beschreibungen der Lebensräume auch Zeichnungen der fossilen Tiere und Pflanzen, die von Klaus Rothgaenger stammen. Das Alter sämtlicher Fossilien ist in Millionen Jahren angegeben.
Um die Fossilien weiter zum Leben zu erwecken, enthält jeder Raum einen erklärenden Raumtext mit einer Modellskizze, wo der dargestellte Lebensraum in der Natur anzusiedeln wäre. In Anlehnung an die Farben der Natur in heutigen tropischen Inselarchipelen bilden die verschiedenen Farben der Räume sowohl die fachliche als auch die optische Leitlinie im Rundgang durch die Ausstellung:
- dunkelblauer Raum: Tiere des offenen Meeres, Nekton und Plankton.
- türkisfarbener Raum: Unterwasserwelten: Küstennahe Flachsee mit Riffen, felsigen und steinige Meeresböden.
- hellblauer Raum: Lagunen und offene Meeresbecken mit den Weichgrundbiotopen der Plattenkalke.
- grüner Raum: Archipelinseln mit der terrestrischen Flora und Fauna.
- gelber Raum: "Archaeopteryxwelten" mit Flugsauriern, befiederten Dinosauriern und vogelartigen Theropoden.
Im Paläozoo sind alle bedeutenden Tierarten des Archipels zusammen mit der Vegetation vereint. Im Vordergrund stehen die Gewinner der Evolution: im Meer Seelilien, Tintenfische, Raubfische und die großen Meersaurier, an Land inselbewohnende Echsen, Flugsaurier sowie befiederte und vogelartige Raubdinosaurier. Die Nahrungsketten im Fossilbericht des Paläozoo zeigen zudem, wer wen gefressen hat. Der dunkelblaue Raum zeigt fossile Tiere aus dem Lebensraum des offenen Meeres. Gleich zu Beginn wird der Besucher vom Ammoniten empfangen, dem Wappentier des Naturparks Altmühltal. Begriffe wie Plankton/Nekton und pelagisches Leben werden erläutert.
Es folgt der große türkisfarbene Raum mit den Tieren und Meerespflanzen aus den Unterwasserwelten mit ihren Korallenriffen. Bei den Unterwasserwelten stehen felsige und steinige Meeresböden mit im Vordergrund. Einen Sonderbiotop gibt es am Rande der Solnhofener Lagunen. Dort konnte sich ein spezielles Habitat mit sekundären Hartgründen ausbilden, die Heimat von bestimmten Arten von Stachelhäutern, Gorgonien und Weichschwämmen. Die ökologische Vielfalt der Flachsee und der Riffe kommt durch eine Reihe von Spitzenexponaten zum Ausdruck. Dazu gehören diverse Haie, Chimären und der Riesenrochen Spathobatis ebenso wie der große Schmelzschupper Scheenstia maximus und das Meereskrokodil Cricosaurus. Die acht Meter lange Rauminstallation "historische Biodiversität der Fische" beleuchtet mit dreißig erlesenen Fischexponaten die beeindruckende Artenvielfalt der Fischfauna im Jurameer. Im hellblauen Raum trifft man auf die Meeresbewohner der Lagunen. Hier stehen die schlammigen Weichböden mit den wunderbaren Spurenfossilien und Strömungsmarken im Vordergrund. Der hellblaue Raum zeigt See- und Schlangensterne aus Stachelhäuter-Bodenbiotopen von offenen Meeresbecken und Kanälen, des Weiteren die speziellen Biotopsituationen verschiedener Lagunen mit schwankenden Sauerstoff- und Salzgehalten der Lagunengewässer.
Farblich deutlich abgesetzt, beherbergt der vierte Ausstellungsraum mit seiner satt grünen Farbe wichtige Inselbewohner zusammen mit der Inselvegetation. Die Archaeopteryxwelten geben Einblicke in die historische Biodiversität des Lebens auf dem Land und dem Luftraum. Wir erfahren, wie unter tropischer Sonne verschiedene Wirbeltiere den aktiven Flug beherrschten oder zur Perfektion zu bringen. Im Volksmund wird der Raum der Archaeopteryxwelten auch "Ikonenraum" genannt, weil hier die Ikonen der Erdgeschichte, die befiederten und vogelartigen Raubdinosaurier den finalen Höhepunkt des Rundgangs bilden.
Im Mittelpunkt stehen die Originale des Raubdinosaurier Sciurumimus mit seinem buschigen Schwanz und die beiden vogelartigen Archaeopteryx und Wellhoferia. Das Arrangement der Fossilien zu Gruppen folgt schlussendlich einem Grundprinzip: Tiere, die sich zu Lebzeiten vor Millionen Jahren begegneten, betrachtet man in der Paläozoo-Ausstellung in ihren farblich markierten Lebensräumen nebeneinander. Dieses Prinzip zeigt sich am besten an dem sogenannten "Drama der Urzeit". Es zeigt einen Flugsaurier Rhamphorhynchus mit erbeutetem kleinem Fisch im Schlund als Opfer eines Raubfisches Aspidorhynchus. Holotypen und "Top Ten" sind im Rundgang besonders gekennzeichnet. Eine Multimediastation bietet alles Wissenswerte rund um Archaeopteryx. Die Computeranimation "Verschiebung der Kontinente" schafft ein Verständnis dafür, wo auf unserem Planeten das Solnhofener Archipel vor 150 Millionen Jahren im Vergleich zum heutigen Solnhofen lag. Durch die Kontinentalverschiebung hat sich aus dem Solnhofenarchipel mit seinen Archaeopteryxwelten in Millionen von Jahren unsere Steinbruchlandschaft gebildet. In diesem Sinne fungiert die Multimediastation als thematische Brücke zwischen der Abteilung "Paläozoo" im Erdgeschoss und der Abteilung "Solnhofen, die Welt in Stein" im Obergeschoss des Museums. Zur thematischen Überleitung gehört ein abgedunkelter Raum, in dem unsichtbare Feinheiten der Fossilien unter ultraviolettem Licht sichtbar werden.