1967년 4월 원자력원을 확대, 개편하였다가 1973년 2월에 폐지되었다. 과학기술처 소속으로 청장 소속하에 원자력연구소·방사선의학연구소·방사선농학연구소를 두었으며, 사무국장은 일반직국가공무원, 소장은 별정직공무원으로 보하였다.
하부조직으로는 청장 밑에 기획관리담당관·공보담당관 각 1인을 두되 기획관리담당관은 이사관으로, 공보담당관은 사무관으로 보하였다. 기획관리담당관은 각종 정책과 계획의 종합 및 조정, 기본 운영기획의 지침수립과 종합, 예산의 편성 및 배정 등의 업무를 관장하며, 공보담당관은 공보사무에 관하여 청장을 보좌하였다.
사무국장 밑의 총무과는 보안, 관인관수, 공무원의 임용·복무·교육훈련·연금·기타 인사관리, 조성과는 원자력이용 관계업무의 종합조성, 원자력이용에 따르는 방사선장해방어 및 방사능대책의 규제, 원자력이용에 관한 학술연구의 진흥 및 계몽업무를 수행하였다.
기술협조과는 원자력이용에 관한 국제협조, 원자력이용에 관한 국내외 정보 및 자료의 수집·조사·분석·교환, 원자력발전과는 관계행정기관의 원자력발전에 관한 사무의 종합조정, 발전용 원자로의 설치기획과 추진, 핵연료에 관한 사항, 발전용 원자로의 설치허가 및 이에 따른 면허, 시설담당관은 소속기관의 시설계획의 종합조정, 소속기관의 시설물의 설치, 소속기관의 시설물의 개수 및 주요 영선, 소속기관의 시설물 운용의 기술협조 등을 관장하였다.
원자력연구소는 원자력에 관한 학술연구와 원자력의 이공학적 이용에 필요한 실험연구에 관한 사항을 관장하고, 방사선의학연구소는 방사선 및 암의학 연구에 관한 사항을 관장하며, 방사선농학연구소는 방사선 및 방사성동위원소를 이용한 농학연구에 관한 사항을 관장하였다. 그러나 「정부조직법」 개정에 따라 1973년 2월 「대통령령」에 의거, 과학기술처 원자력국에 흡수되었다.