干旱所下设7个内设机构，分别是：干旱预测研究室、干旱监测研究室、干旱气候变化影响研究室、干旱灾害风险评估研究室、数值模式研究室、干旱试验保障室以及综合办公室。

干旱预测研究室

负责干旱气候变化归因检测和干旱形成演变机理研究。开展陆-气耦合多过程、多界面的反馈作用对干旱的定量贡献研究；开展人工智能技术在干旱气象领域的深度融合与系统应用研究；承担干旱预测、预警技术研发及全国干旱气象业务能力建设。

干旱监测研究室

负责全国干旱综合监测站网建设，开展卫星、气象、生态、农业等多源观测数据融合及在干旱监测领域应用研究。研发基于多源融合数据的高时空分辨干旱过程定量监测技术；开展干旱过程及干旱强度动态监测指标体系的构建；负责干旱监测基础信息平台建设；开展干旱监测技术成果转化工作。

干旱气候变化影响研究室

负责开展干旱气候变化的规律、形成机理、影响评估及适应研究。开展农业干旱过程及其致灾解除机理研究；负责农业应对气候变化适应技术研发和干旱致灾解除相关指标体系构建及其成果转化；负责定西基地的日常管理与维护。

干旱灾害风险评估研究室

负责全国干旱灾害风险时空变化规律及干旱灾害风险区划研究。开展气象、农业、生态干旱灾害影响评估技术研发；发展干旱灾害风险评估模型；承担干旱灾害风险评估预警及成果业务化工作。

数值模式研究室

负责区域数值模式研发及业务应用。开展数值模式陆-气相互作用关键技术和陆面过程、边界层过程参数化方案改进研究；开展强对流、沙尘暴等高影响天气形成机理研究。

干旱试验保障室

负责干旱气象科学试验观测站网建设、陆-气相互作用综合观测试验及改善科研条件项目的编制与组织实施任务；承担中试平台、干旱网站和科研信息系统维护工作；负责科研数据管理和数据环境优化；负责野外试验基地仪器设备购置、安装和运行保障任务。

综合办公室

负责科研项目管理和科技数据统计；负责综合性事务处理；负责重大活动的组织协调和后勤保障；负责督办各项工作任务；负责重点实验室、博士后工作站和研究生的日常管理；完成所领导交办的临时性工作任务。《干旱气象》编辑部挂靠综合办公室，独立运行。