Tvärminne zoologiska stations historia upprinner på 1880-talet, då friherre Johan Axel Palmén som nybliven professor i zoologi vid Helsingfors universitet kraftfullt förnyade undervisningen i sitt ämne. Redan som ung docent hade han infört kurser i anatomi, under vilka man bekantade sig med olika djurgruppers uppbyggnad. Förutom på förhösten var det svårt att få tag i färskt undersökningsmaterial för kurserna, i synnerhet havsdjur, som Palmén ansåg det var speciellt viktigt och lärorikt att preparera. Visserligen hade han under sina resor samlat in för kursbruk till och med av oceanernas egendomliga djur och konserverat dem i sprit, men de ersatte bara till en del det knapphändiga urvalet under vintern. Hur mycket enklare och intressantare skulle det inte vara för eleverna att bekanta sig med de olika djurarterna, deras uppbyggnad och livsmiljöer på sommaren i den fria naturen, än att sitta i museer och kurssalar och inpränta bokkunskap, resonerade Palmén. Skulle det vara möjligt att få studerandena till att använda åtminstone en del av sommarlovet för zoologiska studier?
Professor Palmén var vetenskapsman och lärare ut i fingerspetsarna, ivrig och samtidigt alltid energisk och redo att offra egen tid och till och med pengar för att befrämja det han tyckte var viktigt. För att kunna erbjuda åtminstone de mest begåvade zoologistuderandena och unga forskarna en möjlighet att bedriva studier och forskning också på sommaren hyrde han 1889 på Esbo Lövö ett par fiskarstugor till anspråkslös stödjepunkt. Inom ett par år uppstod i sommarlaboratoriet, som det kallades, ett aktivt vetenskapssamfund inom vilken de äldre och längre hunna zoologerna undervisade och vägledde de yngre inom sitt eget forskningsområde.
Brackvattensträndernas organismer var från första början centrala forsknings- och undervisningsobjekt. Och forskningsobjekt saknades inte, eftersom kunskapen om arterna i våra havsområden befann sig på mycket bräcklig grund. Snart märkte man att också organismerna i de steniga öarnas hällkar utgjorde ett synnerligen intressant forskningsområde. Hällkaren var ju av naturen skapade akvarier, som formligen övertalade forskarna att artbestämma deras organismer och utföra experiment.
De alldeles utmärkta erfarenheterna av Esbo Lövö övertygade Palmén om att sommaren måste utnyttjas både för undervisning och forskning. Följaktligen beslöt han ändra om sitt tillfälliga sommarlaboratorium till en permanent fältstation och bygga ett ordentligt laboratorium. Men han ville inte bygga på hyrd mark, och när han inte fick köpa Lövö, blev han tvungen att med vemod i sinnet överge hela platsen efter tio år av flitig användning. För Palmén var det självklart att också en ny station måste placeras vid havsstranden. Efter att i ett par års tid letat efter en plats med lämplig natur, fann han den i Tvärminne på Hangö udd, och köpte ett torp benämnt Krogartorpet för sin blivande station.
Verksamheten på Tvärminne zoologiska station begynte på våren 1902. Palmén själv hängav sig helt åt de otaliga praktiska detaljer som krävdes för att starta och utveckla stationen. Krogartorpets byggnader, som var i dåligt skick, måste repareras och nya byggas. Livsmedelsförsörjningen måste ordnas. Transportvägar till omvärlden måste åstadkommas. Samtidigt måste han naturligtvis sköta sin professur samt många andra vetenskapliga plikter och intressen. Inte underligt att den egna forskningen avstannade. Men på stationen idkades det forskning. Redan första sommaren arbetade där tre forskare av vilka en var botanist och två zoologer, den ena av dem utlänning. Denna lilla grupp beskriver träffande två sidor av stationen sedan starten: (1) oberoende av sitt zoologiska namn är stationen öppen också för botanister och andra naturforskare, och (2) utländska forskare är alltid välkomna.
Mängden forskare och studerande ökade med tiden. 1909 framgick det att den undervisningspraxis som gått i arv från Lövö krävde orimligt mycket av de äldre forskarnas tid, och den första egentliga kursen anordnades. Dess tema var – hur annars – vattendjuren. Under de påföljande somrarna hann man ännu arrangera några kurser innan världskriget 1914 helt förlamade stationens verksamhet. Palmén tillbringade krigssomrarna i Tvärminne med sitt tjänstefolk; forskarna bereddes inte tillträde eftersom Hangö udd var avstängt militärområde. Sommaren 1918 rådde åter fred, men försörjningssituationen var så dålig att verksamheten inte kunde påbörjas. Följande sommar upplevde Palmén inte - han dog i april 1919.
Efter Palméns död överfördes Tvärminne zoologiska station som testamentsdonation till Helsingfors universitet. Verksamheten fortsatte nästan som förut, i Palméns anda och i de byggnader han låtit uppföra, under de följande 50 åren. Andra världskriget avbröt stationens verksamhet från mars 1940 till sommaren 1945. Efter vinterkriget evakuerades stationen då Sovjetunionen ”hyrde” Hangö udd som militärbas för 50 år, men i december 1941 befann sig området igen i finska händer. Mot slutet av årtiondet hade de krigstida skadorna reparerats och stationen var igen i flitig användning.
Under hela 1960-talet låg stationens beläggningsgrad på gränsen till dess kapacitet, och även däröver. Man försökte åtgärda bostadsbristen tillfälligt genom att skaffa två färdighus i trä (Björnflaggan och Stipendiathuset), men det var uppenbart att stationen behövde helt nya utrymmen för verksamheten för att kunna utvecklas. Mot slutet av decenniet inledde universitetet en sedan länge aktuell process, som resulterade i fyra nya byggnader i tegel med en totalyta på drygt 6 000 m². För att de nya utrymmena skulle kunna utnyttjas effektivt fick stationen småningom också mer personal och ny forskningsapparatur. Det viktigast var ändå att de nya byggnaderna tillät verksamhet året om.
Men just när stationen hade fått sina nya faciliteter hamnade dess hela existens i vågskålen. Det statsägda oljebolaget Neste planerade att bygga ett stort oljeraffinaderi endast fyra kilometer från stationen! Det ledde till ett i vårt land aldrig tidigare skådat ”miljökrig” i vilket försvarare av naturvärden och forskning ställde sig mot industrins och ekonomins intressen. I juni 1972 beslöt regeringen slutligen i sin aftonskola att forskningsintressena övervägde, och nekade Neste tillträde till Syndalen.
Efter det att stationens nuvarande byggnader togs i bruk har havsforskningen undergått enorma förändringar. Allt mer sofistikerade fysikaliska och kemiska mätningsmetoder har möjliggjort undersökning av de marina ekosystemens uppbyggnad och funktion på ett sätt som man inte ens kunde drömma om för några årtionden sedan. Samtidigt har forskningens tyngdpunkt allt mer förskjutits från fältet till laboratorier och behovet av experimentutrymmen med justerbar omgivningskontroll har mångfaldigats. För att kunna svara på tidens utmaningar genomförde stationen vintern 1997-98 en fullständig grundsanering och omorganisation i huvudbyggnaden. Dessutom uppfördes två helt nya byggnader för experimentell forskning. Hösten 2021 inleddes följande uppgradering, som omfattar förnyandet av bl.a. akvarieutrymmena i huvudbyggnaden.