设计采用“天圆地方”之说，“方圆”有天地之意，包含万物，也是自然界最普遍的图形，以方圆相比体现了自然博物馆的丰富内涵，远至亿万年前的远古时代，近至现代文明进步的发展，浓缩宇宙万物之精华，博大精深。陈列馆的平面与立面均以“方”与“圆”为构图母题，做功能与形式的组合，并以流畅的曲线、弧线穿插于方与圆之中，塑造建筑与环境的内在联系，使方与圆统一于和谐完美的曲线，向人们传递着现代建筑溶于自然的和谐之美。中心展厅采用乳白色金属壳体与玻璃半球体的吻接造型，构成“海贝含珠”的建筑外观，喻意人类面向自然、回归自然，反璞归真的创作理念，同时体现了现代建筑技术发展水平。