Le directoire est composé de membres du personnel de l'établissement, dont une majorité de membres du personnel médical, pharmaceutique, maïeutique et odontologique.
Il comporte neuf membres et onze dans les centres hospitaliers universitaires :
- le directeur, président du directoire ;
- le président de la commission médicale d'établissement, vice-président. Dans les centres hospitaliers universitaires, il est premier vice-président, chargé des affaires médicales ; sont en outre vice-présidents un vice-président doyen, directeur de l'unité de formation et de recherche médicale ou président du comité de coordination de l'enseignement médical, et un vice-président chargé de la recherche nommé par le directeur sur proposition conjointe du président d'un établissement public à caractère scientifique et technologique placé sous la tutelle conjointe du ministre chargé de la recherche et du ministre chargé de la santé, ayant pour mission de promouvoir la recherche dans le champ des sciences de la vie et de la santé, du président de l'université dont relève l'unité de formation et de recherche médicale et du vice-président doyen ;
- le président de la commission des soins infirmiers, de rééducation et médico-techniques ;
-un membre du personnel non médical nommé et, le cas échéant, révoqué par le directeur, après information du conseil de surveillance. Ce membre est nommé sur présentation d'une liste de propositions établie par le président de la commission des soins infirmiers, de rééducation et médico-techniques. En cas de désaccord, constaté dans des conditions fixées par voie réglementaire, le directeur peut demander une nouvelle liste ; en cas de nouveau désaccord, il nomme ce membre après avis du président de la commission des soins infirmiers, de rééducation et médico-techniques ;
- des membres qui appartiennent aux professions médicales nommés et, le cas échéant, révoqués par le directeur, après information du conseil de surveillance ; ces membres sont nommés, le directeur les nomme sur présentation d'une liste de propositions établie par le président de la commission médicale d'établissement et, dans les centres hospitaliers universitaires, par le président de la commission médicale d'établissement conjointement avec le directeur de l'unité de formation et de recherche médicale ou du président du comité de coordination de l'enseignement médical ; en cas de désaccord, constaté dans des conditions fixées par voie réglementaire, le directeur peut demander une nouvelle liste ; en cas de nouveau désaccord, il nomme les membres après avis du président de la commission médicale d'établissement.
La durée du mandat des membres du directoire est déterminée par décret. Ce mandat prend fin si son titulaire quitte l'établissement ou cesse d'exercer les fonctions au titre desquelles il était membre du directoire.
 Le directeur peut en outre, sur avis conforme du président de la commission médicale d'établissement et après consultation du directoire, désigner au plus trois personnalités qualifiées, qui peuvent notamment être des représentants des usagers ou des étudiants. Ces personnalités participent avec voix consultative aux séances du directoire.

 Chaque séance du directoire fait l'objet d'un relevé de conclusions rendu accessible à l'ensemble du personnel de l'établissement.