Organizacja mały|Kampus w Gaithersburgu z lotu ptaka (2019) Działalność instytutu zorganizowana jest w sześciu laboratoriach: technologii komunikacyjnych (CTL), inżynierii (EL), technologii informacyjnych (ITL), badań neutronowych (NCNR), pomiarów materiałowych (MML) i pomiarów fizycznych (PML). Instytut prowadzi też programy zewnętrzne, m.in. sieć wsparcia małych i średnich producentów Hollings Manufacturing Extension Partnership oraz program Baldrige Performance Excellence Program, przyznający najwyższą amerykańską nagrodę jakości – Malcolm Baldrige National Quality Award.
Działalność Metrologia i czas NIST dostarcza przemysłowi, nauce i administracji ponad 1300 certyfikowanych materiałów odniesienia (Standard Reference Materials) służących do wzorcowania aparatury i kontroli jakości, a od ponad stu lat wydaje Handbook 44 – zbiór wymagań technicznych dla urządzeń ważących i mierzących. W laboratoriach w Boulder działa cezowy zegar atomowy NIST-F1, który od 1999 roku stanowi podstawowe źródło oficjalnego czasu w Stanach Zjednoczonych;