無脊椎動物化石為臺灣地區最常見之化石類別，國立自然博物館開館至今每年均編列預算以增加館內標本蒐藏量；目前本館蒐藏標本大部分採集自臺灣地區之新生代地層，另包括中國大陸、印尼、日本、俄羅斯、歐洲、非洲、北美洲、南美洲，以及澳洲等地區。 截至目前為止，本館所蒐藏無脊椎動物實體化石總數逾 17,000 件，主要包括 1. 大型化石：腔腸動物 (含現生) 、腕足動物、軟體動物、節肢動物、棘皮動物、筆石動物等。 2. 微體化石：有孔蟲、放射蟲、介形蟲、苔蘚動物等。 此外，本館澄江動物群珍貴化石標本類別包括藻類、海綿動物、曳鰓動物、棘皮動物、腕足動物、節肢動物、頭索動物、生痕，以及數個目前仍然門類不明之動物與藻類標本，雖然標本數目有限但在生物早期演化史中佔有重要地位。