El TPCE se articula en torno a un doble mandato:
La prohibición genérica y absoluta de realizar o permitir que se realicen en el territorio de los Estados Parte cualquier clase de ensayos de explosiones de armas nucleares o de cualquier otra explosión nuclear (Art Iº del TPCE), en el entendimiento de que, de esta forma, se evitará el desarrollo de arsenales nucleares.
El establecimiento de medidas de confianza (Arts. IIIº y Vº) y, especialmente, de un régimen de verificación (Art. IVº TPCE) para garantizar el cumplimiento del Tratado.
La Comisión Preparatoria es el órgano de gobierno de la OTPCE, y está compuesta por todos los Estados que han firmado el Tratado, aunque esté pendiente de su entrada en vigor. Actualmente, se reúne dos veces al año.
El Presidente de la Comisión Preparatoria se elige para un mandato de un año, alternándose los grupos regionales en el ejercicio de la Presidencia.
La Comisión Preparatoria cuenta con dos grupos de trabajo donde se debaten las cuestiones de importancia:
El Grupo de Trabajo “A” se ocupa primordialmente de cuestiones financieras y de organización, como el examen especial del programa y presupuesto.
El Grupo de Trabajo “B” está encargado de cuestiones técnicas y científicas, en especial, aquellas relacionadas con la puesta en funcionamiento y la ejecución de los diferentes programas.
La Secretaría Técnica Provisional es el órgano ejecutivo y administrativo permanente. Tiene alrededor de 260 funcionarios en su sede de Viena y dispone de estaciones en todo el mundo. Su objetivo es que en el momento de la entrada en vigor del Tratado, esté en pleno funcionamiento el Sistema Internacional de Vigilancia (red de estaciones de vigilancia distribuidas por todo el mundo y que transmiten información al Centro Internacional de Datos, ubicado en Viena).
La Secretaría está dirigida por el Secretario Ejecutivo, cargo que ocupa desde agosto de 2021 el nacional de Australia Dr. Robert Floyd.