秘书处
WMO秘书处总部位于日内瓦，由秘书长领导。其与副秘书长和助理秘书长一同组成行政管理层。
WMO秘书长负责秘书处全面技术和行政工作，通过授权副秘书长和助理秘书长管理这项职能。秘书长根据世界气象大会制定的规则并经执行理事会批准，任命秘书处的所有工作人员，包括副秘书长和助理秘书长。
秘书长由大会任命，任期四年，最长任期为八年。
司长理事会
司长理事会由高级司长组成，每月召开一次会议，讨论实现各司具体目标和本组织目标及宗旨的总体进展。高级司长管理小组每年签署契约，作为问责文件，以确保实现本组织的高级别目标。
WMO秘书处重组
2025年8月，秘书长批准了WMO秘书处全面重组计划，标志着朝着“WMO一体化”统一方法迈出了决定性的一步。这一转变旨在应对不断变化的全球挑战、对提升地球系统综合服务的需求以及日益增加的财务限制。此次重组将加强WMO的机构韧性、优化资源、使秘书处的结构更紧密地与会员的优先重点保持一致。