大気海洋研究所設立の主要な意図は，上記のように，研究内容が相補的であった海洋研究所と気候システム研究センターが統合することによって，大きなシナジー効果を作り出すことにあった．そのためには，活発な化学反応を媒介する場の形成が重要になるが，それは地球表層圏変動研究センターであると設定された．ここには両組織の教員数名が専任あるいは兼任で活動するとともに，新たなポストを戦略的に配置することとした［➡3―2―4］．一方，所全体を一気にルツボ化するのは，学問の継続性やこれまでの共同利用・共同研究の連続性を考えた場合，決して良い結果を生まないとの判断から，基幹部門はしっかりと存在し続けるような研究組織体制がとられた．ただし，有機的な相互作用がより幅広く柔軟にできるようにするため，8部門を3つの系に組織して配置することとなった．
こうして，本所の研究組織の基本は，気候システム研究系，海洋地球システム研究系，および海洋生命システム研究系という3つの研究系となった［➡0―4―3（2）表］．気候システム研究系は，気候の形成・変動機構の解明を目的とし，気候システム全体およびそれを構成する大気・海洋・陸面等の各サブシステムに関して，数値モデリングを軸とする基礎的研究を行うことを目指すもので，気候モデリング研究部門と気候変動現象研究部門で構成される．海洋地球システム研究系は，海洋の物理・化学・地学および海洋と大気・海底との相互作用に関する基礎的研究を通じて，海洋地球システムを多角的かつ統合的に理解することを目指す研究系で，海洋物理学部門，海洋化学部門，および海洋底科学部門で構成されている．海洋生命システム研究系は，海洋における生命の進化・生理・生態・変動などに関する基礎的研究を通じて，海洋生命システムを多角的かつ統合的に理解することを目標にしており，海洋生態系動態部門，海洋生命科学部門，および海洋生物資源部門から構成されている．教員の多くは，これらの研究系を主務とするが，そのうちのかなりの数のメンバーが所内のセンター（国際沿岸海洋研究センター，国際連携研究センター，地球表層圏変動研究センター，共同利用共同研究推進センター）を兼務して，幅広い研究や運営に関わっている．
