Förutom att förbättra människors humör visade experimentet "betydande" minskningar i deltagarnas hjärtfrekvens och blodtryck, tillade författarna.
Tidigare studier har kopplat kontakt med naturen och förbättrat välbefinnande men denna studie tros vara det första kontrollerade experimentet i sitt slag.
Resultaten finns i tidskriften Environment and Behavior.
"Det har varit några studier som har tittat på saker som antalet fågel- eller fjärilsarter i parker och forskare har frågat människor i dessa parker om hur de kände," förklarade medförfattaren Mathew White från University of Exeters European Centre for Environment and Human Health (ECEHH).
"I allmänhet kände sig människor lyckligare i parker som hade fler fåglar eller fjärilar, även om människor inte riktigt uppskattade den biologiska mångfalden."
Dr White berättade för BBC News att det fanns ett antal skäl till varför forskarna från ECEH, Plymouth University och National Marine Aquarium var intresserade av den potentiella inverkan akvarier på människors välbefinnande.
"För det första var vi särskilt intresserade av vattenmiljöer", sade han.
"De flesta människor kan uppenbarligen inte se olika fiskar eftersom de inte dyker etc, så akvarier är ett trevligt sätt att göra den osynliga marina miljön precis utanför våra dörrar synlig och tillgänglig.
– Mer i grunden var vi intresserade av hur naturliga miljöer skulle kunna föras till stadsbefolkningen och till människor som kanske inte skulle kunna få tillgång till naturen så bra.
Blå gymnastiksalar
Att samla in data från deltagarna i akvariet gav forskarna en unik möjlighet att undersöka kopplingarna mellan mänskligt välbefinnande och kontakt med naturen.
" Vad vi kunde göra här var - så vitt vi vet i världens första kontrollerade experiment: vi visste exakt hur många arter och hur många [fiskar] som människor tittade på, och de ändrades systematiskt över tiden - övervaka människors hjärtfrekvens, blodtryck och olika förändringar i humöret under en 10 - minuters period medan de tittade på den mycket stora tanken (500.000 liter), " förklarade dr White.
"Som man kan förvänta sig, kände sig människor mycket mer avslappnade och betydligt lyckligare efter att ha sett tanken med mer fisk - med andra ord med mer biologisk mångfald - och det fanns betydande nedgångar i hjärtfrekvensen och betydligt lägre blodtryck.
"De flesta fysiologiska förändringar skedde inom de första fem minuterna och sedan planade ut, så det hände ganska snabbt och sedan stabiliserades. Men de psykologiska åtgärderna visade att fördelarna fortsatte under hela exponeringen - människor blev lyckligare och lyckligare, i grunden."
För att utesluta möjligheten att deltagarna svarade på den biologiska mångfalden i tankarna snarare än den lugna miljön samlades den första uppsättningen data in medan deltagarna tittade på en tom tank, som bara innehöll stenar och belysning etc.
Experimenten utfördes under dagen medan akvariet var öppet så människor som deltog i experimentet upplevde de normala förhållandena i akvariet, såsom buller etc.
Dr White tillade: "Det första att märka är att människor avslappnade, även titta på en tom tank, och fördelarna ökade när vi introducerade mer fisk under loppet av en fyraveckorsperiod."
Teamet var intresserade av att undersöka om experimentets resultat kunde replikeras i en medicinsk miljö.
"Till exempel, om vi skulle sätta en live (video) länk till Derriford (det lokala sjukhuset) i väntrum eller ens i vissa av avdelningarna och vi skulle kunna visa kliniskt meningsfull minskning av hjärtfrekvens och blodtryck bland specifika grupper, såsom hypertoni till exempel, kan det vara riktigt viktigt av medicinska skäl," Dr White föreslog.
Han sade också att resultaten också belyste en annan potentiell ekosystemtjänst som människor fick från biologisk mångfald.
"Om du vände på vår studie på huvudet, och du skulle ta bort fisk och förlora biologisk mångfald, vad vi visar är att de förväntade förlusterna i biologisk mångfald över tiden till följd av klimatförändringar och andra antropogena hot faktiskt kan undergräva människans välbefinnande på ett sätt som vi inte riktigt har tänkt på.
"Eventuellt kan effekterna vara ganska stora och kan vara en annan effekt av klimatförändringarna etc som vi inte riktigt förstått hittills."
Människor som tillbringar tid i akvarier kan förbättra deras fysiska och mentala välbefinnande, har en studie föreslagit.