La Secretaría Técnica está integrada por un Director General, quien es su jefe y más alto funcionario (elegido por la Conferencia por cuatro años); el Cuerpo de Inspección y el personal científico, técnico y de otra índole necesario.
La Secretaría presta apoyo administrativo y técnico a la Conferencia de Estados Partes y al Consejo Ejecutivo en el cumplimiento de sus funciones. Realiza las medidas de verificación previstas en la Convención, presenta al Consejo el programa y presupuesto de la Organización, negocia acuerdos en materia de verificación con los Estados Partes e informa al Consejo sobre irregularidades en el cumplimiento de la Convención.
El Director General es responsable del funcionamiento de la Secretaría Técnica. Es nombrado por la Conferencia de Estados Parte, previa recomendación del Consejo Ejecutivo, por un mandato de cuatro años renovable solo una vez. En el año 2018 la Conferencia designó al Embajador Fernando Díaz de España como nuevo Director General, cuyo mandato fue renovado en 2022. La argentina contó con un Director General, el Embajador Rogelio Pfirter, quien sirvió dos mandatos, desde 2002 hasta 2010.
La Organización cuenta también con tres órganos consultivos especializados: la Comisión de Confidencialidad, el Comité Consultivo Científico y el Comité de Asuntos Administrativos y Financieros.
Entre estos órganos, es importante destacar el Comité Consultivo Científico, que examina los adelantos científicos y técnicos que pueden afectar el funcionamiento de la Convención. Sus miembros son nombrados por el Director General en base a sus conocimientos en las esferas científicas que guardan especial relación con la aplicación de la Convención y prestan sus servicios a título individual. Este Comité permite al Director General, quien es el responsable de su funcionamiento y organización, prestar a la Conferencia, al Consejo Ejecutivo y a los Estados Partes asesoramiento especializado en cuestiones de ciencia y tecnología.