争端解决机构本身并不负责审理、裁决案件。其作出裁决或建议的职责是通过专家组和上诉机构的报告实现的。争端解决机构主要负责设立专家组处理案件；通过或否决专家组和上诉机构的争端解决报告；负责监督裁决和建议的执行，包括确定合理的实施期限；当有关成员不遵守裁决时，经申请授权进行报复，包括确定报复的范围和水平。专家组和上诉机构在争端解决机制和程序中起着核心的作用。
专家组是争端解决机构的非常设性机构。专家组的成员一般由争端成员双方磋商后从世界贸易组织秘书处存有的专家名单中选定。只有在双方不能达成一致时，才由世界贸易组织总干事任命。专家组协助争端解决机构履行有关职责，作出裁决或提出建议。专家组的权限范围仅限于申请设立专家组的申请中所指明的具体争议措施和申诉的法律依据概要。未在申请书中指明的诉求，不属于专家组的权限范围。在争端解决程序中，专家组既审查案件事实，又审查适用法律。对专家组作出的争端解决报告，除非争端方提起上诉，争端解决机构应在报告散发给各成员后60天内通过这一报告。
上诉机构是争端解决机构中的常设机构，它负责对被提起上诉的专家组报告中的法律问题和专家组进行的法律解释进行审查，可以维持、变更或撤销专家组的法律裁决和结论。上诉案件由上诉机构7名成员中的3人组成上诉庭审理。但上诉机构定期举行例会，讨论争端解决的政策、做法和程序事项，以保证决策的一致性和连贯性，吸收个人和集体的专长。上诉审查制度是世界贸易组织争端解决制度的一大特色。它保证了法律规则适用的准确性、统一性、一致性。
除上述机构外，还有负责仲裁事项的仲裁员，提供法律援助服务的秘书处，指定专家组组成人员的总干事等。
