Le Congrès météorologique mondial, le Conseil exécutif, les conseils régionaux, les commissions techniques et le Secrétariat sont les organes qui composent l’OMM. Des organes subsidiaires sont créés par le Congrès.
Le Congrès météorologique mondial est l'organe décisionnel suprême de l'OMM. Le Conseil exécutif met en œuvre les décisions adoptées par le Congrès.
Six conseils régionaux sont responsables de la coordination des activités météorologiques, hydrologiques et connexes dans leurs Régions respectives, tandis que des commissions techniques composées d'experts étudient les questions techniques et font des recommandations au Congrès et au Conseil exécutif.
Le Bureau de l’Organisation se compose d’un président et de trois vice-présidents, qui sont également président et vice-présidents du Congrès et du Conseil exécutif. Le Secrétaire général supervise le fonctionnement du Secrétariat, dont le siège est à Genève.