Il museo è collocato in una galleria al centro di Trieste, costruita durante la Seconda Guerra Mondiale come rifugio antiaereo, con parametri ambientali simili a quelli delle cavità carsiche naturali. Sono in mostra animali vivi (insetti e anfibi), esposti in acquari e terracquari, fossili, minerali, reperti paleontologici, tutti provenienti dal territorio del Carso, attrezzature speleologiche e fotografie. Protagonista del museo è il proteo, un anfibio presente nella zona da Postumia alle bocche di Cattaro, l’unico vertebrato della fauna europea che vive esclusivamente in acque sotterranee. Oggi, a causa dell’inquinamento delle falde freatiche, è tra gli animali più minacciati d’estinzione in Europa e il progetto dello Speleovivarium è nato dalla necessità di allevarlo in cattività.