国际原子能机构的成员国构成非常广泛，包括世界各地的国家，这些国家无需一定是联合国或其专门机构的成员国。一个国家要成为该机构的成员国，需要经过机构理事会的推荐和大会的批准，并提交对机构《规约》的接受书。截至2012年2月，国际原子能机构已拥有153个成员国，其中包括美国、中国、俄罗斯等大国，以及阿根廷、智利、土耳其等国家。
成员国的加入时间分布自1957年至2012年，涉及的国家逐年增多。例如，1957年加入的有阿富汗、阿尔巴尼亚等，1992年加入的有爱沙尼亚和斯洛文尼亚，2000年加入了塔吉克斯坦，而2012年则新增了多米尼克。每个国家的具体加入时间在上述列表中详列，展示了该机构成员国的动态变化。
值得注意的是，有些国家如朝鲜民主主义人民共和国曾在1994年退席，但后来可能再次加入。此外，一些国家如柬埔寨曾在2003年退席，但后来在2009年恢复了成员国身份。机构的成员国名单还会随着新成员国的申请和批准而更新。
国际原子能机构（International Atomic Energy Agency -- IAEA）是一个同联合国建立关系，并由世界各国政府在原子能领域进行科学技术合作的机构。总部设在奥地利的维也纳。现任总干事天野之弥。组织机构包括大会、理事会和秘书处。2011年3月15日，由于3·11日本本州岛海域地震引发福岛核电站多机组爆炸，日本政府已向国际原子能机构发出求助。