館内最大の目玉であり、世界的な独自性を誇るのが千歳川水中観察ゾーンです。施設が千歳川の川底に直接面して建設されており、縦1メートル、横2メートルの大型ガラス窓7枚を通して、自然のまま流れる本物の川の中を観察できます。
人工的なアクアリウムと決定的に異なる点は、そこに「演出された環境」が一切ないことです。川底の砂利、季節によって移り変わる水草の揺らめき、そして自然光に照らされながら力強く尾びれを振る野生のサケやサクラマス、ウグイの群れなど、ありのままの生態系が目の前に広がります。特に秋の最盛期には、窓のすぐ目の前でオス同士が激しく縄張り争いを繰り広げる姿や、メスが川底を掘って産卵床を作る様子など、野生動物ドキュメンタリーさながらの光景が繰り広げられます。
その他にも、千歳水族館の見どころは多彩に用意されています。
- 大水槽（サーモンゾーン）：高さ5メートル、水量約300トンの巨大水槽で、悠然と泳ぐ巨大なシロザケや幻の魚イトウ、巨大チョウザメを全方位から観察。
- タッチプール（体験ゾーン）：生きたチョウザメの幼魚などに直接触れ合える人気エリア。子どもたちの知的好奇心を大いに刺激します。
- サケ稚魚放流体験：毎年3月上旬から5月下旬の春季限定で開催される大人気プログラム。小さなカップに入ったサケの稚魚を自らの手で千歳川へと送り出す体験は、生命の尊さを学ぶ情操教育として高い評価を得ています。
