A COP, os órgãos subsidiários e os Bureaux são atendidos por um secretariado, cujo mandato é definido em termos gerais no Artigo 8 da Convenção. As principais funções do secretariado são: fazer preparativos práticos para as sessões dos órgãos da Convenção, prestar assistência às Partes na implementação de seus compromissos, oferecer apoio às negociações em andamento e interagir com os secretariados de outros órgãos internacionais relevantes, notadamente o Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF) e o Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima (IPCC). Tarefas específicas do secretariado incluem a preparação de documentos oficiais para a COP e os órgãos subsidiários, a coordenação das revisões aprofundadas das comunicações nacionais das Partes do Anexo I e a compilação dos dados dos inventários de gases de efeito estufa. A maior quantidade de trabalho técnico desde a adoção do Protocolo de Quioto (por exemplo, sobre os mecanismos, metodologias e mudança no uso da terra e florestas) está gerando uma tendência de aumento do número de especialistas técnicos dentro do secretariado. O secretariado da Convenção também atenderá ao Protocolo.

O secretariado está institucionalmente ligado às Nações Unidas e é administrado em conformidade com as Regras e Regulamentos das Nações Unidas. O secretariado conta atualmente com uma equipe de 100 funcionários do mundo inteiro. O chefe do secretariado, o Secretário Executivo, é indicado pelo Secretário Geral das Nações Unidas, em consulta com a COP por intermédio do Bureau, e atualmente ocupa a posição de Secretário Geral Adjunto. Os relatórios do Secretário Executivo ao Secretário Geral sobre as questões administrativas e financeiras são feitos por intermédio do Sub-Secretário Geral responsável pelo Departamento de Gerenciamento e os relatórios sobre outras questões são feitos por intermédio do Sub-Secretário Geral responsável pelo Departamento de Assuntos Econômicos e Sociais. O atual Secretário Executivo, Michael Zammit Cutajar (Malta), vem ocupando esse cargo desde o estabelecimento do secretariado em 1991.

Como órgão neutro de servidores públicos internacionais, o secretariado responde, por meio do Secretário Executivo, à COP e aos órgãos subsidiários e realiza as tarefas que lhe cabem, de acordo com seu mandato na Convenção e o Orçamento de Programa. A COP e os órgãos subsidiários solicitarão com freqüência uma atribuição específica ao secretariado dentro desse mandato, por exemplo, para preparar um estudo sobre os antecedentes de algum assunto específico. O trabalho do secretariado é orientado pelos Bureaux dos órgãos da Convenção.

Desde agosto de 1996, o secretariado está localizado em Bonn, Alemanha. Mudou-se da sua antiga localização em Genebra, Suíça, após a Alemanha ter se oferecido para sediá-lo, o que foi aceito pela COP1.

A cada dois anos, o Secretário Executivo propõe um Orçamento de Programa, estabelecendo as principais tarefas a serem desempenhadas pelo secretariado no biênio seguinte e os recursos financeiros necessários para realizar esse trabalho. Esse Orçamento de Programa proposto é considerado no SBI, que então recomenda um Orçamento de Programa para aprovação da COP. Para o atual biênio 2000-2001, o Orçamento de Programa para o secretariado é de cerca de US$ 12 milhões por ano e esses fundos são contribuições das Partes, cujas parcelas baseiam-se na escala de avaliação das Nações Unidas. O governo da Alemanha (o país anfitrião do secretariado) fornece uma contribuição anual adicional para equilibrar os gastos planejados, que somam atualmente DM 1,5 milhão (cerca de US$ 810.000), assim como uma contribuição anual de DM 3,5 milhões como apoio para os custos com a realização de conferências e encontros e os preparativos para eventos em Bonn (o "Fundo de Bonn"). Contribuições voluntárias adicionais também oferecem recursos financeiros para a participação dos países em desenvolvimento (cerca de US$ 1,8 milhão por ano) e atividades suplementares (média de cerca de US$ 3 milhões por ano). A estrutura do secretariado é mantida sob revisão e modificada para assegurar que ela responda às novas necessidades do processo da mudança do clima.

O secretariado está organizado atualmente em seis programas (ver o organograma do secretariado), cada um com um "Coordenador", cujas principais áreas de responsabilidade são:

Direção e Gerenciamento Executivos (EDM): EDM, o escritório do Secretário Executivo, apoia o Secretário no gerenciamento geral do secretariado, no desenvolvimento de políticas e manutenção da coerência do trabalho do secretariado. O Secretário Executivo assessora os órgãos da Convenção e seus Bureaux e promove parcerias com outras organizações. O Secretário Executivo conta com a assistência de um substituto, designado entre os Coordenadores dos outros programas.

Ciência e Tecnologia (C&T): o programa de C&T trata dos aspectos metodológicos, científicos e tecnológicos do processo da Convenção, oferecendo apoio ao SBSTA. Sua tarefa compreende o desenvolvimento de metodologias para melhorar a exatidão dos dados, identificar opções para promover a transferência de tecnologias que não causem impactos adversos sobre o clima, elaborar metodologias e ferramentas para avaliar as estratégias de adaptação e manter contato com o IPCC. Um elemento importante do programa de trabalho atual de C&T diz respeito aos aspectos técnicos do Protocolo, por exemplo, o esboço de diretrizes para a elaboração de relatórios e questões relativas aos "sumidouros" de carbono.

Implementação (IMP): o programa IMP está na linha de frente da assistência aos países na implementação de seus compromissos e é responsável pelo apoio ao SBI. O IMP compila e sintetiza as Comunicações Nacionais e os dados de inventário, coordena as Revisões Aprofundadas das Comunicações Nacionais das Partes do Anexo I, facilita as atividades de capacitação dos países em desenvolvimento e assegura uma ligação com o mecanismo financeiro da Convenção (operado pelo GEF). O IMP também é responsável pelo apoio às negociações sobre o sistema de cumprimento no âmbito do Protocolo e sobre a vulnerabilidade dos países em desenvolvimento à mudança do clima e às medidas de mitigação.

Planejamento, Coordenação e Questões Emergentes (PCEI): Este programa oferece apoio às negociações no âmbito do SBSTA e do SBI sobre o planejamento dos mecanismos do Protocolo de Quioto e é responsável pela análise de novas questões transversais. Também oferece apoio ao Secretário Executivo no planejamento estratégico e na monitoração da coerência do trabalho preparatório substantivo do secretariado para a COP/MOP1 (por exemplo, sobre as obrigações de cumprimento e de elaboração de relatórios). Outra tarefa importante do PCEI é o apoio à execução de Atividades Implementadas Conjuntamente (AIJ).

Assuntos Intergovernamentais e de Conferências (ICA): Uma tarefa básica do secretariado é organizar as sessões da COP, dos órgãos subsidiários e encontros informais, como workshops. O ICA organiza a agenda substantiva das sessões da COP, faz preparativos para as reuniões do Bureau da COP e presta apoio ao Presidente da COP. Além disso, encontra os locais apropriados para as sessões da COP e dos órgãos subsidiários, coordena a produção e a disseminação de documentos oficiais e faz todos os preparativos logísticos para a interpretação simultânea nas seis línguas das Nações Unidas, credenciando os delegados e os serviços relacionados. O ICA também é responsável pela relação entre as Partes, incluindo a manutenção de um sistema de Pontos Focais Nacionais.

Serviços Administrativos, de Informação e Divulgação (IOAS): o IOAS divulga informações sobre os processos da mudança do clima e da Convenção, incluindo documentos oficiais, dados e produtos para informação pública. Uma meta importante do trabalho do IOAS é ampliar a conscientização pública sobre a mudança do clima e aumentar a capacitação do secretariado e entre as Partes para formar uma rede de troca de informações e tecnologias de comunicação. O IOAS desempenha um papel ativo no estabelecimento de vínculos com outros órgãos das Nações Unidas e órgãos intergovernamentais envolvidos com um trabalho relativo à mudança do clima (por exemplo, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA), o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD), a Conferência das Nações Unidas para o Comércio e o Desenvolvimento (UNCTAD), a Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial, a Convenção sobre Diversidade Biológica e a Convenção de Combate à Desertificação). O IOAS também é responsável pela administração e pelo gerenciamento financeiro do secretariado, ou seja, pela administração dos recursos financeiros e do quadro de funcionários; ligando-se às Nações Unidas e ao governo anfitrião sobre questões administrativas.