El CSIC está constituido por una red de centros e institutos, propios y mixtos (cogestionados con Universidades, Comunidades Autónomas y otros organismos), que se distribuyen por todas las Comunidades Autónomas, con excepción de la Escuela Española de Historia y Arqueología de Roma (Italia).
Los centros e institutos del CSIC llevan a cabo investigación científica de forma autónoma e independiente. Todos ellos poseen la figura del director y se organizan en departamentos que agrupan equipos de investigación afines en sus temáticas de investigación. Así como los grupos de investigación son las unidades operativas de la investigación, los centros e institutos son las unidades operativas de gestión y organización de la actividad del CSIC.
Los centros e institutos se agrupan en ocho grandes Áreas Científico-Técnicas de acuerdo con el perfil de la investigación que llevan a cabo. En algunos casos, las líneas de investigación abordadas en un centro/instituto hacen que éste forme parte de más de un Área Científico-Técnica.
Asimismo, centros e institutos se agrupan territorialmente por Comunidad Autónoma. Algunas de ellas cuentan con Delegaciones Institucionales, que son la primera línea de interacción y respuesta del CSIC en asuntos de ámbito regional
A los centros e institutos del CSIC hay que añadir las unidades de investigación y las cerca de 160 Unidades Asociadas constituidas por grupos o departamentos universitarios, hospitales o centros tecnológicos que trabajan en líneas y proyectos estrechamente relacionados con el CSIC.