国家体育总局内设的主要部门包括：
1. 办公厅：负责机关文电、会务、机要、档案工作和政务公开、督查督办、综合协调、信息、安全保密、信访等工作，以及机关行政事务。
2. 政策法规司：拟订体育事业发展规划草案，提出政策建议；调查研究体育发展中的重大问题并提出方案；起草有关法律法规草案；指导、组织法制宣传教育和行政执法工作；承担行政复议工作。
3. 群众体育司：拟订群众体育发展规划草案；推行全民健身计划，推动建立和完善全民健身服务体系；指导开展群众性体育活动；推行社会体育指导员和国民体质监测制度；指导国家体育锻炼标准实施。
4. 竞技体育司：拟订竞技体育发展规划草案和体育竞赛管理制度；指导全国体育训练、竞赛、运动队伍建设和训练基地发展工作；组织重大国际比赛备战和参赛工作；组织协调国内综合性运动会的竞赛工作；审查设立国家正式开展的体育竞赛项目；承担有关体育竞赛审批工作。
5. 青少年体育司：拟订青少年体育工作发展规划草案、青少年业余训练管理制度；指导监督青少年体育锻炼标准的实施；指导全国各级各类体育运动学校、体育传统项目学校、青少年体育俱乐部的建设和有关学生文化教育工作；指导开展青少年业余训练及相关活动，组织指导重大青少年国际体育比赛参赛工作。
6. 体育经济司：拟订体育产业发展规划草案，提出政策建议；承担规范体育服务管理，推动体育标准化建设具体工作；指导公共体育设施的建设，承担公共体育设施的监督管理工作；承担体育统计工作；承担体育彩票发行管理工作；指导机关和直属单位基本建设、国有资产管理工作；承担预算管理、计划内投资管理及财务管理工作。
7. 人事司：承担机关和直属单位的人事工作和机构编制工作；协调运动员的社会保障工作。
8. 对外联络司：负责机关和直属单位的外事工作；指导、协调、管理体育系统涉外及涉港澳台的有关事务；组织开展与国际体育组织和各国（地区）间的体育交流与合作。
9. 科教司：组织开展体育领域的重大科学技术研究的攻关，承担体育科研成果的审查和鉴定、推广；指导、协调运动员文化教育和体育系统高、中等体育专业教育；承担组织、协调、监督体育运动中反兴奋剂的具体工作。
10. 宣传司：指导、组织体育宣传工作，推动体育文化建设，协调重大体育活动的采访报道工作，承担新闻发布工作。
11. 直属机关党委：负责机关和在京直属单位的党群工作。
12. 离退休干部局：负责机关离退休干部工作，指导直属单位的离退休干部工作。
此外，国家体育总局还下设多个直属单位，包括运动项目管理中心、社会体育指导中心、机关服务中心、财务管理和审计中心、训练局、国家奥林匹克体育中心等。