Les principaux organes de l'AIEA sont :
Le Secrétariat est constitué d'équipes de professionnels et de services généraux dirigés par le Directeur général. Ce poste est actuellement occupé par Yukiya Amano. Celui-ci est responsable de la mise en application des actions décidées par la Conférence générale et le conseil des gouverneurs. Le directeur général est choisi par le conseil et approuvé par la conférence pour un mandat de quatre ans renouvelable. Il est composé de 2 212 personnes venant de plus de 90 pays différents. Ces personnes travaillent principalement dans les différents bureaux de l'AIEA (Vienne, Genève, New York, dans le laboratoire de Seibersdorf, etc.). Le secrétariat est composé de six départements :
Le rôle et la composition de la Conférence générale sont définis dans l'article 5 du Statut de l'AIEA.
La Conférence est constitué de tous les États membres, qui sont au nombre de 150 en octobre 2009. Tous reçoivent un droit de vote. Les questions budgétaires, d'amendement des statuts ou de suspension des privilèges d'un des membres requiert une majorité des deux-tiers. Les autres questions requièrent une simple majorité.
La conférence a lieu normalement une fois par an, au mois de septembre. Son rôle est d'approuver le programme et le budget de l'agence proposés par le Conseil. Celle-ci peut aussi demander des comptes sur les programmes en cours auprès du Conseil. Lors de la chaque rassemblement, un président est élu pour la durée de la conférence et ce pour assurer la bonne tenue des débats.
La fonction principale de cette conférence est de servir de forum pour débattre des politiques et actions en cours. Les différents organes de l'AIEA peuvent ajouter à l'ordre du jour les sujets qu'ils souhaitent discuter. Le rôle de la conférence est quasiment similaire à celui de l'Assemblée générale des Nations unies.
Pratiquement tous les États membres de l'ONU sont membres de l'AIEA. Cependant, l'adhésion de certains pays n'est pas encore effective s'ils n'ont pas ratifié tous les traités nécessaires à une adhésion pleine et entière.
En 2004 adhèrent la Mauritanie et le Togo (le Togo n'a pas encore de statut officiel). En 2005 le Tchad adhère suivi en 2006 par Belize, le Malawi, le Monténégro et le Mozambique. Le Cap-Vert reçoit une invitation en 2007 mais n'a toujours pas de statut effectif tout comme la Papouasie Nouvelle-Guinée en 2008, à cette date le Népal et Palau deviennent membres. En 2009, Bahreïn, le Burundi, le Congo, le Lesotho et Oman deviennent membre alors que le Cambodge redevient membre de l'organisation au 23 novembre 2009, le Rwanda obtient la possibilité d'adhérer une fois les traités ratifiés.
La Corée du Nord a quitté l'AIEA le 13 juin 1994. Le Cambodge avait quitté l'organisation du 26 mars 2003 au 23 novembre 2009. Parmi les principaux États non membres, on peut citer le Turkménistan, la Somalie, le Laos, la Guinée, les Fidji ou le Bhoutan.
C'est l'article 6 du Statut de l'AIEA qui fixe la composition et le rôle du Conseil des gouverneurs (en anglais Board of Governors).
Au total, 35 membres dont 13 sont désignés par le Conseil sortant et 22 sont élus par la Conférence générale siègent au Conseil. Une certaine représentativité doit être respectée dans l'élection des membres du Conseil. C'est dans ce but que huit zones ont été définies :
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Sur les 35 membres, dix sont choisi par le Conseil sortant parmi les États les plus évolués en matière de technologies nucléaires les trois restants sont choisis dans zones géographiques non représentés par les dix premiers. Ces membres ont un mandat d'un an.
Les 22 autres États présents au Conseil des gouverneurs sont élus lors de la Conférence générale des États membres de l'AIEA avec un mandat de deux ans et onze sont élus chaque année. Des clauses imposant une diversité géographique sont également stipulés dans les statuts.
Pour la période 2009-2010, les membres du Conseil sont :
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Le Conseil des gouverneurs se réunit cinq fois par an, au siège de l'AIEA à Vienne. Les réunions ont lieu en mars, juin, deux fois en septembre (avant et après la Conférence générale) et en décembre. Le conseil est le principal décideur de la politique de l'AIEA. Le Conseil forme ses recommandations pour le budget et les activités soumises à la conférence générale. Il est responsable de la publication des normes et standards de l'AIEA, ainsi que la nomination d'un candidat au poste de directeur général qui est soumis à l'approbation de la Conférence.
Il est composé du directeur général et de six directeurs généraux adjoints pour les six départements du Secrétariat.
Le poste de directeur général est exercé par :