1997. gadā viņu ievēlēja par Starptautiskās Atomenerģijas aģentūras ģenerāldirektoru. Amatā ievēlēts trīs termiņus pēc kārtas (arī 2001. un 2005. gadā). Trešais termiņš beidzās 2009. gadā. El Barādeī atteicās kandidēt uz ceturto termiņu.