CTBTは、条約の遵守について検証するため、（1）国際監視制度（IMS）、（2）協議及び説明、（3）現地査察（OSI）及び（4）信頼醸成措置からなる検証制度を設けています。

（1）国際監視制度（IMS：International Monitoring System）

国際監視制度（IMS）とは、世界321か所に設置される4種類の監視観測所（地震学的監視観測所、放射性核種監視観測所、水中音波監視観測所及び微気圧振動監視観測所）及び16か所の放射性核種監視のための実験施設により、CTBTで禁止される核兵器の実験的爆発又は他の核爆発が実施されたか否かを監視する制度です。これまでの北朝鮮による核爆発実験の際にも、特に地震学的監視及び（希ガス監視を含む）放射性核種監視によって、その有効性が確認されています。監視の結果得られたデータは、ウィーンに設置されている国際データセンター（IDC：International Data Centre）に送付され、処理されます。

（2）協議及び説明

協議及び説明とは、核兵器の実験的爆発又は他の核爆発の実施を疑わせる事態が発生した場合、締約国が他の締約国間で、CTBTOとの間で又はCTBTOを通じて、問題を明らかにし、解決するための制度です。この制度は、疑いをもたれた締約国による説明を含みます。

（3）現地査察（OSI：On-Site Inspection）

現地査察（OSI）とは、条約の規定に違反して核爆発実験が行われたか否かを明らかにし及び違反した可能性のある者を特定するのに役立つ情報を可能な限り収集することを目的として、国際査察団により実施されます。現地査察の実施は、51か国から成る執行理事会の理事国のうち、30か国以上の賛成によって承認されます。

（4）信頼醸成措置

信頼醸成措置とは、鉱山などで実施されている爆発（化学爆発）を核爆発実験又は他の核爆発と誤認しないため、締約国が、そのような爆発の実施についてCTBTOの内部機関である技術事務局に通報するなどの協力を行う措置を指します。