Klinikken består av ni avdelinger og fire stabsenheter:
Medisinsk nødmeldetjeneste og AMK-sentral
Akuttavdelingen
innehar blant annet funksjonene Akutt Medisinsk Kommunikasjonssentral (AMK), Akuttmottak og observasjonsenheten. For mange pasienter og pårørende representerer seksjonen det første møtet med sykehuset.
Ambulanseavdelingen
har det administrative og faglige ansvaret for ambulansetjenesten i Sør-Trøndelag.
Akuttmedisinsk fagavdeling
Avdelingen ivaretar også det medisinske ansvaret for luftambulansens virksomhet i Trondheim, og er ansvarlig for å bemanne luftambulansen med leger.
Avdelingen har også det medisinsk faglige ansvaret ved akuttmottaket.
Anestesiavdelingen
er ansvarlig for anestesiservice ved operasjoner og undersøkelser på hele sykehuset (med unntak av Hjerteklinikken St. Elisabeth).
Intensivavdelingen
består av Intensivenheten som er sykehusets "tunge" overvåkningsenhet, og recovery som er stedet man ligger for observasjon etter narkose og bedøvelse.
Avdeling for Thorxanestesiv og intensiv medisin
Senter for smerte og sammensatte lidelser (Smertesenteret)
innehar sykehusets spisskompetanse på smertebehandling, og har i tillegg regional og nasjonal kompetansefunksjon for pasienter med sammensatte lidelse hvor smerte er en del av problemet.
Medisinsk SimulatorSenter
er et samarbeide mellom St. Olavs Hospital, NTNU og Helse Midt-norge RHF
I tillegg er fire enheter tillagt klinikksjefen:
St. Olavs Hospitals Beredskapsleder
Nødmeldetjenesten v/St. Olavs Hospital og i Sør-Trøndelags fylkeskommune
St. Olavs Hospital har et overordnet ansvar for nødmeldetjenesten i hele
Sør-Trøndelag fylke inklusive virksomheten i AMK Sør-Trøndelag og Legevaktsentralene i fylket.
Forskning og utvikling
Stab/støttefunksjoner