Ilmatieteen laitoksen organisaatio koostuu kolmesta tutkimukseen painottuvasta toimialasta:

• Meteorologian ja meritieteen tutkimusohjelma

• Ilmastontutkimusohjelma

• Avaruus- ja kaukokartoituskeskus

Lisäksi Ilmatieteen laitoksen organisaatiossa seuraavat toimialat:

• Havainto- ja tietojärjestelmäkeskus

• Sää-, meri- ja ilmastopalvelukeskus

• Hallinto

Pääjohtajan esikunnan yhteydessä työskentelee Viestintä-ryhmä ja Tutkimuskoordinaatio-ryhmä. Lisäksi Ilmatieteen laitoksella työskentelee joukko päälliköitä, joiden työ linkittyy koko organisaation toimintaan.