根据上述职责，省环境保护厅设14个内设机构：
（一）办公室（与机关党委办公室合署）。
负责文电、会务、机要、档案等机关日常运转工作；承担信息、安全、保密、信访、政务公开等工作；负责机关和指导直属单位的思想政治工作和党群工作。
（二）规划财务处。
组织编制环境功能区划、环境保护规划；审核环境保护专项规划；编制环境保护任期目标和任务，承担环境保护责任考核工作；承担厅属财务、国有资产管理工作；会同有关部门管理省级环境保护资金。
（三）政策法规处。
起草环境保护地方性法规、规章草案及规范性文件；组织拟订环境保护政策；承担机关有关规范性文件的合法性审核工作；承担有关行政复议、行政应诉等工作。
（四）环境监测与科技标准处。
组织开展环境监测，实施环境质量公告制度；调查评估全省环境质量状况并进行预测预警；组织建设和管理本省环境监测网和环境信息网；承担环境保护科技工作；组织拟订地方环境标准、环境基准和技术规范；会同有关部门开展强制性清洁生产审核工作；参与指导和推动环境保护产业发展。
（五）污染物排放总量控制处。
拟订全省主要污染物排放总量控制和排污许可证制度并组织实施；提出总量控制计划，承担总量减排的调度、督查、督办、核查及考核工作；拟订并组织实施全省污染减排规划；组织实施排污申报登记、环境统计和污染源普查工作。
（六）环境影响评价管理处。
承担权限内的规划环境影响评价、政策环境影响评价、项目环境影响评价工作；对超过污染物总量控制指标、生态破坏严重或者尚未完成生态恢复任务的地区，承担暂停审批除污染减排和生态恢复项目外所有建设项目的环境影响评价文件的工作。
（七）水环境管理处（省珠江综合整治工作联席会议办公室）。
监督管理全省水污染防治和水环境保护；监督饮用水水源地环境保护工作；指导、协调和监督海洋环境污染防治；承担省珠江综合整治工作联席会议的日常工作。
（八）大气环境与废物管理处。
监督管理全省大气、噪声、光、恶臭、固体废物、化学品以及机动车的污染防治；参与反生化恐怖袭击工作。
（九）生态与农村环境保护处。
综合管理全省自然生态环境保护和农村环境保护；组织编制生态保护规划；组织开展全省生态状况评估和生物多样性保护、生物遗传资源、农村生态环境保护工作；指导生态示范创建及农村环境综合整治工作。
（十）核应急管理处。
承担核事故预防和应急工作；组织制定并实施本省核应急预案及核电厂外应急计划；审查民用核设施、核事故预防方案并督促检查落实；审核设立和取消限制发展区的申请，并检查实施；参与反核恐怖袭击；承担省民用核设施事故预防和应急管理委员会的日常工作。
（十一）辐射环境管理处。
监督管理辐射环境及核技术应用中的污染防治工作；承担涉源单位辐射安全许可证的审批及放射性同位素的转让、转移的审批和备案工作；承担核技术应用、电磁辐射、伴生放射性矿物资源开发利用项目环评文件审批、竣工验收及其日常监管工作；负责辐射事故的调查处理，参与反辐射恐怖袭击。
（十二）宣传教育与交流合作处。
组织和协调环境保护宣传教育工作；承办厅新闻审核和发布；开展与港澳台地区及其他国家（地区）环境保护方面的交流与合作；协助国家开展环境保护国际条约的履约工作。
（十三）人事处。
负责机关和指导直属单位的人事管理、机构编制和劳动工资等工作；承担本省环保系统领导干部双重管理的有关工作；指导本省环保系统机构建设、队伍建设和行政体制改革；负责机关和指导直属单位的离退休人员服务工作。
（十四）环境监察局。
指导、监督、协调全省环境保护综合行政执法工作；监督检查环境保护法律、法规、标准的执行情况；组织协调全省重大环境事件的应急工作和调查处理；协调处理跨市环境污染事故和纠纷；组织实施建设项目环境保护“三同时”、竣工验收等工作；监督检查污染治理设施运行情况以及限期治理项目任务完成情况；指导全省排污申报核定以及排污费征收管理工作并进行稽查；承办重大环境信访案件的调查处理；实施行政处罚。
