Il Museo del Mare è ospitato nelle sale di Palazzo Appiani, ex residenza dei Signori di Piombino. Fondato nel 1985 su iniziativa del Comune e dell'Istituto di Biologia ed Ecologia Marina di Piombino nell'ambito di un piano finalizzato al rilancio turistico della città, si propone di studiare e monitorare l'ambiente marino del Mediterraneo. È affiancato da un Centro Polivalente di Educazione Ambientale, costituito da una sezione didattica e da una di ricerca. Dotato di sofisticate strumentazioni di analisi e di un sistema per l'archiviazione e l'elaborazione delle immagini, il Palazzo è stato recentemente munito di un impianto che permette di trasmettere, in tempo reale, le immagini direttamente dai laboratori di ricerca alla aule di proiezione. Una biblioteca specializzata e un acquario costituito da 15 vasche collegate al mare tramite un sistema di pompaggio permettono di studiare la fauna e la flora mediterranea.

Nella sale dell'acquario è allestito un piccolo museo naturalistico di cui si segnala la collezione malacologica, composta da conchiglie mediterranee, raccolte a partire dal 1980; tra queste, ve ne sono alcune di così piccole dimensioni da essere visibili solo con microscopio binoculare.