辽宁省交通厅为了有效履行其职责，内部设有专门的机构来管理和服务。以下是主要的十个内设部门：
办会室：负责机关的日常运行，包括文件处理、会议安排、机要保密、档案管理、保密工作、信访处理、督察督办、综合调研、文件起草等。同时，他们还负责财务和后勤管理，以及与人大代表建议和政协委员提案的协调。
政策法规处：主要负责交通领域的法规制定，对厅机关及直属单位的规范性文件进行合法性审核和备案，监督执法工作，处理行政处罚、行政复议和诉讼，指导节能减排和行业精神文明建设。
综合规划处（交通战备办公室）：负责全省运输体系的整体规划，编制公路、水路、地方铁路的发展战略和规划，管理工程项目投资，监督实施重点交通项目，以及岸线使用、环境保护和外资工作，同时承担交通战备的交通保障任务。
财务审计处：制定行业财务政策，监管专项资金使用，负责交通建设资金筹集和监督，管理运价和收费项目，指导审计工作，负责国有资产管理工作。
综合运输处：参与综合运输体系协调，指导城市地铁和轨道交通运营，负责重点物资和紧急运输的协调。
基本建设处（招投标管理办公室）：制定建设管理政策，监管市场，负责重大项目的设计审批、施工许可和工程质量等监督管理。
安全生产监督处（应急办公室）：负责公路、水路安全生产政策的制定和监督，指导应急体系建设，进行行业和建设安全监管，参与事故调查处理。
科技外事处：负责科技、教育、信息化政策的制定，组织重大科技项目，负责标准、质量和外事工作。
人事处：负责机构编制和人事、劳动工资管理，厅直属单位的领导干部管理，以及干部教育培训。
省铁路建设管理办公室：负责省内铁路建设的协调及后期运营管理工作。
其他部门包括离退休干部处负责机关退休干部的事务，机关党委负责党群工作，纪检组、监察室则负责纪检监察工作。
根据《中共中央办公厅国务院办公厅关于印发的通知》（厅字〔2009〕24号），设立辽宁省交通厅，正厅级建制，为省政府组成部门。