В состав фондовой коллекции «Скелеты беспозвоночных» входят 11 887 предметов. В собрании представлены раковины моллюсков, скелеты губок, иглокожих, кишечнополостных и ракообразных. В него входит как коллекционный материал, демонстрирующий видовое разнообразие, так и предметы, представляющие собой методические пособия, раскрывающие различные физиологические особенности организмов (левозакрученность и правозакрученность раковин брюхоногих моллюсков, регенерация лучей у морской звезды и другое). По некоторым видам в коллекции имеются крупные серии экземпляров, демонстрирующие внутривидовую и возрастную изменчивость.

Большую часть фонда составляют раковины моллюсков (около 11 000 предметов). В коллекции доминируют раковины морских брюхоногих моллюсков. Материал по двустворчатым моллюскам также довольно разнообразен и включает крупные серии для некоторых видов с территории бывшего СССР. В собрании раковин моллюсков имеются виды, включённые в Красные книги МСОП (Haliotis cracherodi, Ranella olearia, Vertigo angustior, Tridacna gigas и другие) и РФ (Ceratostoma burnetti, Margaritifera margaritifera, Lanceolaria bogatovi).

Скелеты губок представлены 38 предметами. В коллекции имеются представители классов обыкновенных губок и шестилучевых губок. Бóльшая часть видов иглокожих, хранящихся в фондовой коллекции, собрана в водных экосистемах территории бывшего СССР. Общее количество предметов по этой группе превышает 300 экземпляров. Часть видов представлена крупными сериями.

Тип кишечнополостных насчитывает 300 экземпляров и представлен классами коралловых и гидроидных полипов, собранных в различных районах мирового океана. В фондах есть скелеты как одиночных, так и колониальных форм полипов.

Коллекция ракообразных насчитывает около 200 предметов. Бóльшая часть собрания состоит из видов, собранных на территории бывшего СССР. Предметы этой фондовой коллекции использованы в постоянной экспозиции музея для иллюстрации тем, раскрываемых в залах «Нервная и эндокринная система», «Смотри в оба!», «Подводный мир в волшебных шарах», «Генетика человека», «Развитие жизни на Земле», «Мир животных». Эти предметы неизменно привлекают внимание, что позволяет часто использовать их в выставочной работе.