原子能院下設5個研究所：核物理研究所、反應堆工程研究設計所、放射化學研究所、同位素研究所、核技術應用研究所，所下設研究室或中心；下設10個工程技術和研究部：中國實驗快堆工程部、中國先進研究堆工程部、串列加速器升級工程部、串列加速器升級工程技術部、放射性“三廢”設施治理工程部、核燃料后處理放化實驗設施工程部、中國核工業科技館工程部、反應堆工程設計部、放射性計量測試部、輻射安全研究部；另有原子高科股份有限公司、實驗工廠、電子儀器廠、核電技術服務中心等20余個產業實體；中國核數據中心、中國快堆研究中心、北京串列加速器核物理國家實驗室、國家同位素工程技術研究中心、國防工業電離輻射計量一級站、核工業核保障技術重點實驗室等設在這里。