La direction des opérations (DSNA/DO) est chargée d'assurer l'écoulement sûr et régulier du trafic aérien en prenant en compte les objectifs fixés en termes de développement durable. A ce titre, elle est chargée, sous réserve, le cas échéant, des compétences des collectivités d'outre-mer :
- de rendre les services de la circulation aérienne dans les zones de responsabilité des centres de contrôle en route, d'approche et d'aérodrome ;
- d'exploiter les systèmes informatiques à caractère national concourant au contrôle de la circulation aérienne ;
- de veiller à la cohérence des procédures, des méthodes, des moyens mis en œuvre par les services et les centres qui lui sont rattachés ;
- de fournir l'information aéronautique au sens de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), notamment l'annexe 15 de la convention du 7 décembre 1944 ;
- de recueillir, réaliser, éditer et diffuser l'information aéronautique.
Elle est composée d'un échelon central, des services de la navigation aérienne de la région parisienne, de quatre centres en route de la navigation aérienne (CRNA) et de dix services de navigation aérienne (SNA).
1° L'échelon central de la direction des opérations de la DSNA comprend :
- la structure de direction, constituée du directeur, d'un adjoint "opérationnel", d'un adjoint "ressources", du chef des services de la navigation aérienne région parisienne (SNA/RP), adjoint au directeur ;
- trois départements techniques : le département sécurité et performances, le département espace, le département systèmes, infrastructures et programmation technique ;
- un département administration ;
- deux services spécialisés : le service de l'information aéronautique et le centre d'exploitation des systèmes de la navigation aérienne centraux.
a) Le département sécurité et performances (DO/l) est chargé de coordonner et d'organiser, au sein de la direction des opérations, les activités relatives à la sécurité et celles relatives à la qualité du service rendu, comportant l'analyse des performances, le dimensionnement opérationnel et technique des organismes et les relations avec les usagers.
Il intervient pour :
- coordonner l'analyse des événements, élaborer les indicateurs de sécurité et établir les bilans de sécurité de l'exploitation et de la technique, organiser le retour d'expérience et, le cas échéant, proposer des adaptations des méthodes de travail, renseigner les outils statistiques nationaux et européens, établir les spécifications fonctionnelles des outils utilisés par les subdivisions chargées de la qualité de service des organismes et par le département et participer à l'élaboration des spécifications fonctionnelles des outils européens de son domaine ;
- tenir à jour les bases de données relatives à l'écoulement du trafic, aux retards, aux ouvertures des secteurs des CRNA et des SNA ; assurer l'élaboration, le suivi et la publication des indicateurs de performance ; définir, harmoniser et actualiser les besoins opérationnels et techniques des CRNA et des SNA en vérifiant l'adéquation de ceux-ci aux besoins du trafic et aux équipements maintenus par ces organismes.
b) Le département espace (DO/2) est chargé des études relatives à l'organisation stratégique de l'espace aérien, de la gestion pré-tactique de l'espace aérien et de la gestion des flux de trafic, de la mise au point des procédures de coordination entre aviations civile et militaire pré-tactique et en temps réel, de la gestion flexible et dynamique de l'espace et de la régulation des flux de trafic, de l'organisation de la performance opérationnelle de la direction des opérations et, dans son domaine d'activité, de la coordination avec les partenaires institutionnels nationaux et étrangers de la navigation aérienne.
Il intervient pour :
- participer à la coordination, avec EUROCONTROL et avec les Etats voisins, des projets nationaux et internationaux relatifs à l'espace aérien, à la préparation et au suivi des expérimentations en temps réel, à la réalisation d'études et de simulations mathématiques, au suivi de la réglementation et à la définition des évolutions stratégiques relatives à l'espace aérien ;
- participer à la coordination et au suivi de l'information aéronautique s'y rapportant ;
- coordonner le système de régulation du trafic en France, en liaison avec le centre de gestion des flux de trafic aérien (CFMU) d'EUROCONTROL et avec les CRNA, assurer la gestion pré-tactique de l'espace aérien, la coordination et le suivi des capacités des secteurs et des positions de contrôle des CRNA et des SNA ;
- définir et mettre en œuvre des procédures de coordination entre aviations civile et militaire au niveau stratégique, pré-tactique et temps réel, préparer et gérer des événements aéronautiques particuliers, organiser et assurer le suivi de la permanence opérationnelle de la direction, assurer le suivi de la composante civile de la cellule nationale de gestion de l'espace aérien (CNGE) et le suivi en temps réel des opérations du contrôle aérien français, assurer les relations avec les usagers de l'espace aérien, notamment les compagnies aériennes.
c) Le département systèmes, infrastructures et programmation technique (DO/3) est chargé de définir et de suivre les systèmes et les moyens opérationnels des organismes de la circulation aérienne et des méthodes de travail correspondantes, de participer à la planification de leur déploiement, ainsi qu'à celle des installations et des infrastructures de la navigation aérienne.
Il intervient pour :
- définir les spécifications relatives aux fonctions, systèmes et moyens nécessaires aux organismes et aux méthodes de travail correspondantes, piloter les groupes de travail constitués avec les utilisateurs, piloter les dossiers de sécurité liés à l'introduction de nouvelles fonctions, systèmes et moyens, définir et suivre les conditions de la formation nécessaire à l'utilisation opérationnelle et à la maintenance des systèmes et moyens opérationnels, participer à la validation des nouveaux systèmes et moyens ;
- coordonner avec les autorités militaires le développement et le déploiement des systèmes liés aux relations entre aviations civile et militaire ;
- coordonner le déploiement des systèmes au profit des organismes de la circulation aérienne ;
- participer au suivi des travaux internationaux relatifs aux systèmes opérationnels de la navigation aérienne ;
- participer à l'élaboration des programmes d'équipement et à la planification technique, piloter la programmation détaillée des opérations de la direction des opérations ;
- participer à la définition et à la conduite des opérations d'installations et d'infrastructures de la navigation aérienne.
d) Le département administration (DO/4) est chargé de la gestion des ressources des services de l'échelon central sis à Athis-Mons et contribue à la gestion centralisée des ressources de la direction des opérations. 
Il assiste le directeur des opérations dans la mise en œuvre des règles d'hygiène et de sécurité du travail pour les services de l'échelon central sis à Athis-Mons. 
e) Le service de l'information aéronautique (DO/SIA) est chargé d'assurer le service d'information aéronautique tel qu'il est défini à l'annexe 15 de la convention du 7 décembre 1944. Il assure :
- le recueil, la synthèse, l'édition et la diffusion des renseignements aéronautiques nécessaires ;
- l'élaboration d'informations de référence ;
- l'alimentation et l'entretien de la base de données géo-référencées ;
- la conception et l'entretien des supports d'information pour les organismes opérationnels ;
- la réalisation et l'entretien du portail d'accès de services sur l'internet pour l'aviation générale et l'évolution du site de l'information aéronautique ;
- l'édition et la diffusion pour le compte de la direction générale de l'aviation civile des textes réglementaires dans le domaine de la navigation aérienne ;
- l'élaboration des procédures satellitaires ;
- la coopération internationale dans ses domaines de compétence ;
- la coordination des activités relatives à l'information aéronautique au sein de la direction des opérations ;
- les relations avec les usagers.
f) Le centre d'exploitation des systèmes de la navigation aérienne centraux (DO/CESNAC) est chargé d'assurer la mise en œuvre, l'exploitation et le suivi des systèmes et des réseaux à caractère national permettant d'assurer les services de la circulation aérienne. 
Il assure :
- le support d'exploitation des systèmes de dépôt et de traitement initial des plans de vol, la gestion des données d'environnement de la circulation aérienne, la gestion des données de régulation, le traitement des données de redevances aéronautiques, la gestion et le traitement des archives des plans de vol ;
- l'administration du réseau du service fixe des télécommunications aéronautiques (RSFTA/CIDIN) et la gestion de l'acheminement des messages, l'administration nationale du réseau opérationnel de la navigation aérienne (RENAR), l'administration des réseaux bureautiques et de la plate-forme INTERNAT du site de Bordeaux, la gestion d'éventuels contrats au niveau européen dans l'administration de réseaux ;
- le support d'exploitation des systèmes de traitement de données et des serveurs d'informations de la navigation aérienne, principalement dans les domaines radar, liaisons de données air-sol, météorologie, aides aux pilotes dans la préparation des vols, informations aéronautiques.
Il peut être chargé de l'évolution des systèmes, des serveurs d'information et des réseaux dont il a en charge l'exploitation.
Il participe à la coopération internationale dans ces domaines.
2° Les centres en route de la navigation aérienne (CRNA) assurent dans leur zone de compétence, de manière permanente, au profit de la circulation aérienne générale, les services de contrôle, d'information et d'alerte définis par la réglementation.
Ils maintiennent le bon fonctionnement des installations du centre et des installations qui leur sont rattachées.
Ils assurent, par le moyen d'organismes spécialisés, les détachements civils de coordination (DCC), conjointement avec les organismes militaires ou d'essais correspondants, les fonctions de gestion de l'espace aérien et de coordination nécessaires à la compatibilité des circulations aériennes.
Ils fournissent aux organismes militaires de défense aérienne l'assistance définie par les procédures en vigueur.
Ils participent aux travaux des comités régionaux de gestion (CRG) de l'espace aérien.
3° Les services de navigation aérienne (SNA) assurent dans leur zone de responsabilité, au profit de la circulation aérienne générale, les services de contrôle, d'information et d'alerte définis par les règlements.
Ils maintiennent le bon fonctionnement des installations qui leur sont rattachées.
Ils participent aux travaux des comités de gestion (CRG) de l'espace aérien.
4° Les services de la navigation aérienne de la région parisienne (SNA/RP) regroupent les organismes de Roissy Le Bourget, Orly Aviation générale de la région parisienne et du CRNA Nord.
5° Le service de l'aviation civile à Saint-Pierre-et-Miquelon (DSNA/SPM) est l'entité de la DSNA chargée de la mise en œuvre de la politique de l'aviation civile dans l'archipel de Saint-Pierre-et-Miquelon, des services d'exploitation aéroportuaire, des services de la navigation aérienne et dans le cadre d'une convention entre la direction des services de la navigation aérienne et de la direction de la sécurité de l'aviation civile, des prestations de surveillance de l'ensemble des activités aériennes.