ترکیب شورای حکام به تفصیل طی بندهای الف، ب، ج، د ماده 6 اساسنامه آژانس ذکر شده است اما در حالت کلی ترکیب شورا به صورتی است که کرسی ها به شکلی کم و بیش متعادل میان مناطق مختلف جهان تقسیم می شود و قدرت های اتمی بزرگ نظیر ایالات متحده آمریکا، روسیه، فرانسه، انگلیس و چین از اعضای دائمی شورای حکام هستند. اعضای هیات حکام از دو گروه انتصابی و انتخابی تشکیل شده که در بدو تشکیل آژانس تعداد آنها بالغ بر 25 عضو بوده است.

• اعضای انتصابی: طبق مفاد اساس‌نامه، هیات حکام ده عضو را از میان پیشرفته‌ترین دول عضو سازمان از نظر تکنولوژی هسته‌ای در هر منطقه انتخاب می‌کند که از اعضای انتصابی شورای حکام محسوب می‌شوند. مناطق مذکور عبارتند از: امریکای شمالی، امریکای لاتین، اروپای غربی، اروپای شرقی، آفریقا، خاورمیانه و جنوب آسیا، آسیای جنوب شرقی و پاسفیک و خاور دور.
• اعضای انتخابی: کنفرانس عمومی نیز 15 عضو را از بین کشورهای عضو آژانس انتخاب می‌کند که به‌عنوان اعضای انتخابی به هیات حکام راه می‌یابند.[77]

با اصلاحیه‌ای که کنفرانس عمومی در مورد ماده 6 اساس‌نامه به تصویب رساند و در سال 1973 لازم‌الاجرا شد، تعداد اعضای حکام به 34 عضو افزایش یافت؛ به این نحو که 13 عضو را هیات حکام از میان پیشرفته‌ترین کشورها برگزیده و برای یک سال خدمت در این هیات منصوب می‌کند و 21 عضو دیگر را کنفرانس عمومی از میان دول عضو برای خدمت دوساله در هیات حکام انتخاب می‌کند. اعضای انتخابی هیات حکام از مناطق زیر هستند: 5 عضو از امریکای لاتین، 4 عضو از اروپای غربی، 3 عضو از اروپای شرقی، 4 عضو از آفریقا، 2 عضو از خاورمیانه و جنوب آسیا، 1 عضو از آسیای جنوب‌شرقی و پاسفیک و 1 عضو از خاور دور و 1 عضو دیگر از آفریقا یا خاورمیانه انتخاب می‌شود. بار دیگر در سال 1984، ماده 6 اساس‌نامه اصلاح شد و تعداد کرسیهای هیات حکام به 35 نفر افزایش یافت. این تغییر به خاطر عضویت دولت چین در آژانس صورت گرفت که نظر به پیشرفت قابل توجه در زمینه هسته‌ای، به این کشور اجازه داد به‌عنوان عضو انتصابی در هیات حکام حضور یابد.

• روش های رای گیری و تصمیم گیری

تصمیم گیری شورای حکام در حالت عدم نقض مقررات از سوی دولت ها بدین صورت است که طبق رویه شورا که به بحث نقض مقررات آژانس مربوط نمی شود و بیشتر درخصوص موارد داخلی و اجرایی آژانس و شورای حکام می باشد تصمیمات شورای حکام بر اساس ماده (6) اساسنامه می بایست با رای گیری اتخاذ شوند که طبق بند (ه) همین ماده، هر عضو در شورای حکام دارای یک رای است. تصمیمات مربوط به بودجه آژانس توسط دو سوم آراء اعضای حاضر اتخاذ می گردد. تصمیمات در مورد مسائل از جمله تشخیص مواردی که باید به تصویب اکثریت دو سوم آراء برسد، بوسیله اکثریت حاضر رای دهنده اتخاذ می گردد که دو سوم از کلیه اعضای شورا نیز حد نصاب لازم را تشکیل می دهند. همچنین طبق بند (ح) از همین ماده، شورای حکام رئیس و مسئولان دیگر را از میان اعضای خود انتخاب نموده و با توجه به مفاد اساسنامه آژانس، آیین رسیدگی مخصوص به خود را تصویب خواهد نمود. در کلیه این موارد، اتخاذ تصمیم از طریق رای گیری می باشد.[78] اما تصمیم گیری شورا حکام در حالت نقض مقررات از سوی دولت ها با توجه به اینکه آژانس بین المللی انرژی اتمی یک سازمان فنی و حقوقی است نه یک سازمان سیاسی و اغلب مواردی که در آن زمینه طرح می یابند بیشتر مسائل فنی و حقوقی هستند، لذا تمایل کشورهای عضو در تصویب قطعنامه ها و پیشنهاد ها به سمت اجماع و دستیابی به نوعی اجماع بوده است و این مساله به عنوان نوعی رویه در شیوه اتخاذ تصمیم در آژانس تبدیل شده است. بر اساس موضوع مطرح شده جهت تصمیم گیری و پیشنهادات ارائه شده، توافق اعضاء به دو صورت به عمل می آید: شق اول موقعی است که تمامی 35 عضو شورای حکام با پیشنهاد ارائه شده موافق باشند که به نوعی اتفاق آراء بوجود آمده است و در این صورت مفاد آن مصوبه قابل تفسیر نیست. شق دوم موقعی است که مخالفین با بیانیه یا قطعنامه پیشنهادی نظراتشان را اعلام می کنند و اگر پس از ابراز نظرات، قطعنامه پذیرفته شد، مخالفین حق اعتراض و تفسیر مفاد آن را ندارند. به صراحت اساسنامه آژانس، عدم حضور یا غیبت نماینده در شورا، به منزله مخالفت وی با تصمیم نمی باشد. بعنوان نمونه، شورای حکام بنا به درخواست مدیر کل در سپتامبر 2003 تشکیل جلسه داد و پس از استماع گزارش مدیر کل در مورد فعالیتهای هسته ای ایران و استماع دفاعیات نماینده دولت جمهوری اسلامی ایران، در 12 سپتامبر برابر با 21 شهریور 1382، قطعنامه شدیدالحنی با اجماع علیه ایران صادر نمود که قبل از تصمیم گیری شورا، نماینده دولت جمهوری اسلامی ایران، چون جو حاکم بر جلسه شورا را علیه دولت خویش احساس می نمود، به عنوان اعتراض، جلسه را ترک کرد اما تاثیری در صدور قطعنامه با اجماع نداشت. ارزش اتخاذ تصمیم به روش اجماع، به اعتبار و قدرت الزام آور معنوی آن می باشد و تصمیماتی که از این طریق تصویب و صادر می گردند معمولا از قدرت الزام آوری بیشتری برخوردارند. روش دیگری که در شورای حکام از آن استفاده شده اما به عنوان رویه شورا در تصمیم گیری ها محسوب نمی شود این است که قطعنامه پیشنهادی توسط گروهی از کشورها، بدلیل ملاحظاتی از قبیل مخالفت برخی از کشورهای مهم عضو شورا با پیشنهاد مطرح شده،‌ بدون اینکه به رای گیری گذاشته شود از طرف شورا صادر می گردد. به عبارت بهتر به دلیل تاثیر مخالفت های آشکار موجود در ارزش و اعتبار تصمیم، مدافعان ارائه این قطعنامه با تغییراتی در لحن قطعنامه پیشنهادی خود و وارد کردن پارامترهای متغیر زمانی و غیره، از آن به عنوان زمینه ای برای متقاعد کردن کشورهای مخالف با قطعنامه پیشنهادی استفاده می کنند. در این حالت قطعنامه یا تصمیم صادره بیشتر جنبه توصیه ای یافته و از قدرت الزام آوری بالایی برخوردار نیست. شورای حکام در نشست 12 سپتامبر خود با وضوح این امر که کوبا با قطعنامه پیشنهادی علیه ایران مخالفت خواهد کرد و چین و روسیه نیز در رای گیری شرکت نخواهند کرد با تغییر در روش تصمیم گیری، بدون به رای گذاشتن قطعنامه ارائه شده،‌برای ایران ضرب الاجلی را تا 31 اکتبر مشخص کرد تا در این مدت آشکار سازد هیچ برنامه پنهانی برای ساخت سلاح هسته ای ندارد. پیشنویس قطعنامه مذکور توسط انگلیس،‌ فرانسه و آلمان ارائه شده بود و سپس آمریکا، ژاپن و استرالیا نیز از آن حمایت کردند.[79]