Państwowy monitoring środowiska jest systemem składającym się z bloków i podsystemów. Strukturę funkcjonalną systemu prezentuje poniższy rysunek:
System PMŚ składa się z trzech bloków: JAKOŚĆ ŚRODOWISKA, EMISJA, OCENY i PROGNOZY , różniących się istotnie pod względem funkcji jakie pełnią w systemie.
Podstawowym blokiem jest JAKOŚĆ ŚRODOWISKA, w ramach którego wytwarzane są dane pierwotne, dotyczące stanu poszczególnych elementów środowiska. Programy pomiarowo-badawcze realizowane są w ramach jedenastu podsystemów reprezentujących poszczególne media środowiskowe lub specyficzne oddziaływania.
W ramach bloku EMISJE gromadzone są dane o ładunkach zanieczyszczeń wprowadzanych do powietrza, do wód lub ziemi, niezbędne do realizacji celów PMŚ. W bloku tym, na obecnym etapie, w większości przypadków nie przewiduje się wytwarzania danych pierwotnych lecz korzystanie ze źródeł danych, funkcjonujących poza systemem PMŚ, takich jak systemy administracyjne oraz system statystyki publicznej
Dane gromadzone w ramach bloku JAKOŚĆ ŚRODOWISKA oraz bloku EMISJA zasilają blok PROGNOZY i OCENY, w ramach którego wykonywane są zintegrowane oceny i prognozy jakości środowiska, analizy przyczynowo-skutkowe wiążące istniejący stan środowiska z czynnikami kształtującymi ten stan, mającymi swoje źródło w społeczno-gospodarczej działalności człowieka.