Les activités de l'Établissement sont structurées en départements et directions transversales placées sous l'autorité de la Direction. Les départements sont constitués d'unités qui peuvent être propres à l'Établissement ou formées en partenariat avec d'autres établissements de recherche.

Les grandes missions statutaires ou les domaines d'intérêt collectif du Muséum national d'Histoire naturelle sont identifiés par 4 directions transversales placées auprès du directeur général. Ce sont des structures d'animation, de coordination et d'évaluation globale des missions de l'Établissement et d'assistance aux arbitrages stratégiques :
:: Direction des collections ;
:: Direction des bibliothèques et de la documentation ;
:: Direction de l’enseignement, de la pédagogie et des formations ;
:: Direction de la diffusion, de la communication, de l'accueil et des partenariats.

Les activités scientifiques, c'est-à-dire l'ensemble des missions de recherche, d'enseignement, de conservation, d'expertise, de valorisation, de diffusion des connaissances et d'action éducative et culturelle, sont assurées par des départements. Les départements, au nombre de 10, sont répartis en deux types.

Sept départements de recherche
L'activité de recherche du Muséum consiste à inventorier, à ordonner et à comprendre la diversité biologique et écologique, son origine, son rôle et sa dynamique, afin de contribuer à une gestion durable de cette diversité. S'appuyant sur les sciences de la vie, la recherche fait donc aussi appel à deux principaux champs du savoir : les sciences de la Terre et les sciences humaines et sociales.
Les départements de recherche contribuent activement, notamment par la participation de leurs enseignants-chercheurs, à l'encadrement des étudiants et des doctorants et à la définition des contenus des enseignements, aux missions d'enseignement et de diffusion. Leur activité conduit à la constitution et à l'enrichissement de collections, à la conservation et à la mise en valeur desquelles ils participent.

Ils sont au nombre de 7 :

:: Écologie et gestion de la biodiversité

:: Histoire de la Terre

:: Hommes, natures, sociétés

:: Milieux et peuplements aquatiques

:: Préhistoire

:: Régulations, développement et diversité moléculaire

:: Systématique et évolution

Trois départements de diffusion
Dans le cadre du contrat d'établissement, ils mettent en oeuvre la mission statutaire de diffusion des connaissances et d'action éducative et culturelle à l'attention de tous les publics. Ils promeuvent à ce titre, par des offres attractives, et notamment par la mise en valeur des collections du Muséum et de son patrimoine immobilier, la culture scientifique et la sensibilisation au développement durable ; ils organisent l'accueil du public dans les espaces ouverts à ce dernier, et conçoivent et fournissent l'ensemble des services et prestations qui lui sont proposés, de façon temporaire ou permanente. Enfin, ils conduisent des recherches fondamentales et appliquées dans leurs domaines de compétence.

Ils sont au nombre de 3 :

:: Galeries du Jardin des Plantes ;

:: Parcs botaniques et zoologiques ;

:: Musée de l'Homme.

Des activités communes aux deux types de départements
Les activités liées aux collections et à la conservation, à l'expertise et à la valorisation peuvent être exercées par les deux types de départements, à des degrés divers. Par ailleurs, les départements de recherche et d'enseignement doivent pouvoir être mobilisés pour des opérations de diffusion de la culture scientifique et des activités de recherche peuvent être conduites au sein de départements éducatifs et culturels.