В структурі Секретаріату МАГАТЕ налічується шість департаментів: ядерної енергії (займається питаннями ядерної енергетики, паливного циклу та поводження з відходами), ядерної безпеки (ядерна безпека, фізична ядерна безпека та захищеність, радіаційна безпека та безпека відходів), ядерних наук та застосувань (використання ядерних технологій у мирних цілях), гарантій (перевірка мирного використання ядерної енергії), технічного співробітництва (національні, регіональні та міжнародні програми) та управління (бюджетно-фінансові питання, менеджмент персоналу, юридична та адміністративна підтримка). Станом на квітень 2015 року в Секретаріаті Агентства працює близько 2 500 співробітників.