La COP, los órganos subsidiarios y los Bureau son atendidos por un secretariado, cuyo mandato es definido en términos generales en el Artículo 8 de la Convención. Las principales funciones del secretariado son: realizar los preparativos prácticos para las sesiones de los órganos de la Convención, dar asistencia a las Partes en la implementación de sus compromisos, ofrecer apoyo a las negociaciones en progreso e interactuar con los secretariados de otros órganos internacionales relevantes, notadamente el Fondo Global para el Medio Ambiente (GEF) y el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC). Tareas específicas del secretariado incluyen la preparación de  documentos oficiales para la COP y los órganos subsidiarios, la coordinación de las revisiones  profundizadas de las comunicaciones nacionales de las Partes del Anexo I y la compilación de los datos de los inventarios de gases de efecto invernadero. La mayor cantidad de trabajo técnico desde la  adopción del Protocolo de Kyoto (por ejemplo, sobre los mecanismos, metodologías y cambio en el uso de la tierra y florestas) está generando una tendencia de aumento del número de  especialistas técnicos dentro del secretariado. El secretariado de la Convención también atenderá
al Protocolo.

El secretariado está institucionalmente ligado a las Naciones Unidas y es administrado en conformidad con las Reglas y Reglamentos de las Naciones Unidas. El secretariado cuenta actualmente con un equipo de 100 funcionarios del mundo entero. El jefe del secretariado, el  Secretario Ejecutivo, es elegido por el Secretario General de las Naciones Unidas, en consulta con la  COP, por intermedio del Bureau, y actualmente ocupa la posición de Secretario General Adjunto. Los informes del Secretario Ejecutivo al Secretario General sobre las cuestiones administrativas y  financieras, son hechos por intermedio del Subsecretario General, responsable por el Departamento de Gerenciamiento, y los informes sobre otras cuestiones son hechos por intermedio del Subsecretario General responsable por el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales. El actual Secretario Ejecutivo, Michael Zammit Cutajar (Malta), viene ocupando ese cargo desde el establecimiento del secretariado, en 1991.Como órgano neutro de servidores públicos internacionales, el secretariado responde, por medio del Secretario Ejecutivo, a la COP y a los órganos subsidiarios y realiza las tareas que le caben, de acuerdo a su mandato en la Convención y el Presupuesto de Programa. La COP y los órganossubsidiarios solicitarán con frecuencia una atribución específica al secretariado dentro de ese mandato, por ejemplo, para preparar un estudio sobre los antecedentes de algún asunto específico. El trabajo del secretariado es orientado por los Bureau de los órganos de la Convención.

Desde agosto de 1996, el secretariado está localizado en Bonn, Alemania. Se mudó de su antigua localización, en Ginebra, Suiza, después de que Alemania se ofreciese para ser sede, lo que fue aceptado por la COP1. 

A cada dos años, el Secretario Ejecutivo propone un Presupuesto de Programa, estableciendo las principales tareas a ser desempeñadas por el secretariado en el bienio siguiente y los recursos financieros necesarios para realizar ese trabajo. Ese Presupuesto de Programa propuesto es considerado en el SBI, que entonces recomienda un Presupuesto de Programa para la aprobación de la COP. Para el actual bienio 2000-2001, el Presupuesto de Programa para el secretariado es de cerca de US$ 12 millones por año y esos fondos son contribuciones de las Partes, cuyas cooperaciones se basan en la escala de evaluación de las Naciones Unidas. El gobierno de Alemania (el país anfitrión del secretariado) ofrece una contribución anual adicional para equilibrar los gastos planificados, que suman actualmente DM 1,5 millón (marcos alemanes, cerca de US$ 810.000), así como una contribución anual de DM 3,5 millones como apoyo para los costos con la realización de conferencias y encuentros y los preparativos para eventos en Bonn (el "Fondo de Bonn"). Contribuciones voluntarias adicionales también ofrecen recursos financieros para la participación de los países en desarrollo (cerca de US$ 1,8 millón por año) y actividades suplementares (media de cerca de US$ 3 millones por año). La estructura del secretariado es mantenida bajo revisión y modificada para garantizar que ella responda a las nuevas necesidades del proceso da cambio climático.

El secretariado está organizado actualmente en seis programas (ver el organigrama del secretariado), cada uno con un "Coordinador", cuyas principales áreas de responsabilidad son: Dirección y Gerenciamiento Ejecutivos (EDM): EDM, la oficina del Secretario Ejecutivo, apoya al Secretario en el gerenciamiento general del secretariado, en el desarrollo de políticas y manutención de la coherencia del trabajo del secretariado. El Secretario Ejecutivo asesora a los órganos de la Convención y sus Bureau y promueve acuerdos de cooperación con otras organizaciones. El Secretario Ejecutivo cuenta con la asistencia de un substituto, designado entre los Coordinadores de los otros programas.

Ciencia y Tecnología (C&T): el programa de C&T trata los aspectos metodológicos, científicos y tecnológicos del proceso de la Convención, ofreciendo apoyo al SBSTA. Su tarea comprende el desarrollo de metodologías para mejorar la exactitud de los datos, identificar opciones para promover la transferencia de tecnologías que no causen impactos adversos sobre el clima, elaborar metodologías y herramientas para evaluar las estrategias de adaptación y mantener contacto con el IPCC. Un elemento importante del programa de trabajo
actual de C&T es relativo a los aspectos técnicos del Protocolo, por ejemplo, la realización de borradores de
directrices para la elaboración de informes y cuestiones relativas a los "sumideros" de carbono.

Implementación (IMP): el programa IMP está al frente de la asistencia a los países en la implementación de sus compromisos y es responsable por el apoyo al SBI. El IMP compila y sintetiza las Comunicaciones Nacionales y los datos de inventario, coordina las Revisiones Profundizadas de las Comunicaciones Nacionales de las Partes del Anexo I, facilita las actividades de  capacitación de los países en desarrollo y asegura un vínculo con el mecanismo financiero de la Convención (operado por el GEF). El IMP también es responsable por el apoyo a las negociaciones sobre el sistema de cumplimiento en el ámbito del Protocolo y sobre la vulnerabilidad de los países en desarrollo al cambio climático y a las medidas de mitigación.

Planificación, Coordinación y Cuestiones Emergentes (PCEI): Este programa ofrece apoyo a las negociaciones en el ámbito del SBSTA y del SBI sobre la planificación de los mecanismos del Protocolo de Kyoto y es responsable por el análisis de nuevas cuestiones transversales. También ofrece apoyo al Secretario Ejecutivo en la planificación estratégica y en el monitoreo de la  coherencia del trabajo preparatorio sustantivo del secretariado para la COP/MOP1 (por ejemplo, sobre las obligaciones de cumplimiento y de elaboración de informes). Otra tarea importante del PCEI es el apoyo a la ejecución de Actividades Implementadas Conjuntamente (AIJ). Asuntos Intergubernamentales y de Conferencias (ICA): Una tarea básica del secretariado  es organizar las sesiones de la COP, de los órganos subsidiarios y encuentros informales, como  workshops. El ICA organiza la agenda substantiva de las sesiones de la COP, hace preparativos para las reuniones del Bureau de la COP y da apoyo al Presidente de la COP. Además de eso, encuentra los lugares apropiados para as sesiones de la COP y de los órganos subsidiarios, coordina la producción y la diseminación de documentos oficiales y hace todos los preparativos logísticos para la interpretación simultanea en las seis lenguas de las Naciones Unidas, acreditando los delegados y los
servicios relacionados. El ICA también es responsable por la relación entre las Partes, incluyendo la manutención de un sistema de Puntos Focales Nacionales.

Servicios Administrativos, de Información y Divulgación (IOAS): el IOAS divulga informaciones sobre los procesos del cambio climático y de la Convención, incluyendo documentos oficiales, datos y productos para información pública. Una meta importante del trabajo del IOAS es  ampliar la toma de conciencia pública sobre el cambio climático y aumentar la capacitación del secretariado y entre las Partes para formar una red de intercambio de informaciones y tecnologías de comunicación. El IOAS desempeña un papel activo en el establecimiento de vínculos con otros órganos de las Naciones Unidas y órganos intergubernamentales involucrados con un trabajo relativo al cambio climático (por ejemplo, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), la Conferencia de las Naciones Unidas para el Comercio y el Desarrollo (UNCTAD), la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial, la Convención sobre Diversidad Biológica y la Convención de Combate a la Desertificación). El IOAS también es responsable por la administración y Por el gerenciamiento financiero del secretariado, o sea, por la administración de los recursos financieros y del cuadro de funcionarios; ligándose a las Naciones Unidas y al gobierno anfitrión sobre cuestiones administrativas.