มีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลายครั้ง เพื่อให้เกิดความเหมาะสมกับภาระหน้าที่ และให้ทันต่อสภาพความเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลายครั้ง เพื่อให้เกิดความเหมาะสมกับภาระหน้าที่ และให้ทันต่อสภาพความเปลี่ยนแปลงทางด้านเทคโนโลยีสังคมและสิ่งแวดล้อม

มีนาคม พ.ศ. 2485

กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ได้ก่อตั้งขึ้นตามพระราชกฤษฏีกาจัดระเบียบราชการ กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ ประกอบด้วยส่วนราชการภายใน 6 กอง คือ สำนักเลขานุการ กองเคมี กองชันสูตรโรค กองโอสถศาลา (โอนมาจากกรมสาธารณสุข กระทรวงมหาดไทย) กองเภสัชกรรม และโรงงานเภสัชกรรม (โอนมาจากกรมวิทยาศาสตร์ กระทรวงเศรษฐการ)

กันยายน พ.ศ. 2495

ได้มีพระราชกฤษฏีกาแบ่งส่วนราชการของกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ออกเป็น 6 กองคือ สำนักเลขานุการกรม กองโอสถศาลา กองชันสูตรทางการแพทย์ (เปลี่ยนชื่อมาจากกองชันสูตรโรค) กองวิจัยทางแพทย์ กองวิเคราะห์ยาและกองวิเคราะห์อาหารและเครื่องดื่ม (3 กองนี้แยกมาจากกองเภสัชกรรมเดิม) สำหรับกองเคมีได้ยุบไป เนื่องจากงานส่วนใหญ่เป็นงานที่กรมวิทยาศาสตร์กระทรวงเศรษฐการดำเนินการอยู่แล้ว และเป็นงานที่ซ้ำซ้อนกันส่วนโรงงานเภสัชกรรมนั้นได้แยกออกไปเป็นรัฐวิสาหกิจ คือ องค์การเภสัชกรรมในปัจจุบัน ในระหว่าง พ.ศ. 2506 จนถึง 2510 กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ได้ทำการทดลอง วางแผนพัฒนาปรับปรุงการแบ่งส่วนราชการเป็นการภายใน

พ.ศ. 2517

ได้มีพระราชกฤษฏีกาแบ่งส่วนราชการกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ เมื่อวันที่ 6 ก.พ. 2533 แบ่งส่วนราช การออกเป็น 16 หน่วยงาน คือ สำนักงานเลขานุการกรม กองกีฏวิทยาทางการแพทย์ การป้องกันอันตรายจากรังสี กองพยาธิวิทยาคลินิก กองพิษวิทยา กองมาตรฐานชันสูตรสาธารณสุข กองวิเคราะห์อาหาร กอง วิจัยทางแพทย์ สถาบันวิจัยไวรัส ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 1 สงขลา ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 2 ชลบุรี ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 3 นครราชสีมา ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 4 ขอนแก่น ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 5 เชียงใหม่ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 6 พิษณุโลก

พ.ศ. 2545

ได้มีการปฏิรูประบบราชการและมีการปรับปรุงส่วนราชการตามกฎกระทรวงสาธารณสุข เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม 2545 เป็น 22 หน่วยงาน คือ สำนักงานเลขานุการกรม กองเครื่องสำอางและวัตถุอันตราย กองชีววัตถุ กองแผนงานและวิชาการ กองรังสีและเครื่องมือแพทย์ สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์สาธารณสุข สถาบันวิจัยสมุนไพร สำนักคุณภาพและความปลอดภัยอาหาร สำนักมาตรฐานห้องปฏิบัติการ สำนักยาและวัตถุเสพติด และศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ 12 แห่ง ประกอบด้วย ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ชลบุรี ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ตรัง ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์สงขลา ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์สุราษฎร์ธานี ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ขอนแก่น ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์นครราชสีมา ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์อุดรธานี ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์อุบลราชธานี ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์เชียงใหม่ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์นครสวรรค์ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์พิษณุโลก ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์สมุทรสงคราม

พ.ศ. 2547

กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ได้มีการขยายตัวเพิ่มขึ้น ทางด้านวิชาการและบริการจึงได้มีการเพิ่มศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ขึ้นจาก 12 เป็น 14 แห่ง ได้แก่ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์เชียงราย และศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ภูเก็ต ซึ่งจากเดิมทั้ง 2 ศูนย์เคยเป็นสาขาของศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์เชียงใหม่ และศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์สงขลาตามลำดับ