Los países pertenecientes a la Convención son los que tienen realmente el poder: son los que toman las decisiones en las reuniones de la Conferencia de las Partes (la mayoría de las decisiones se alcanzan por consenso). Cada Parte en la Convención está representada en las sesiones de los órganos de la Convención por una delegación nacional integrada por uno o varios miembros con facultades para negociar en nombre de su gobierno.

De acuerdo con la tradición de las Naciones Unidas, las Partes se organizan en cinco grupos regionales, sobre todo para la elección de las mesas. Estas son: África, Asia, Europa central y oriental, América Latina y el Caribe, Europa occidental y otros estados («otros estados» hace referencia a Australia, Canadá, Islandia, Nueva Zelanda, Noruega, Suiza y los Estados Unidos, pero no Japón, que se incluye en el grupo de Asia).

Los países miembros muchas veces forman alianzas para aumentar la eficiencia y multiplicar la influencia durante las negociaciones. Entre estas agrupaciones tenemos:

• Los países en desarrollo generalmente intervienen a través del Grupo de los 77 para establecer posiciones negociadoras comunes. Este grupo se fundó en 1964 en el contexto de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNCTAD) y ahora funciona a través del sistema de las Naciones Unidas. Cuenta con más de 130 miembros. El país que ocupa la presidencia del Grupo de los 77 en Nueva York (que cambia cada año) habla con frecuencia en nombre del Grupo de los 77 y de China en conjunto. No obstante, debido a que el Grupo de los 77 y China son un conglomerado heterogéneo con intereses diversos en las cuestiones relacionadas con el cambio climático, los países en desarrollo intervienen también en los debates en forma individual, lo mismo que hacen los bloques existentes dentro del Grupo de los 77, como el Grupo regional de África de las Naciones Unidas, la Alianza de pequeños estados insulares y el Grupo de los países menos adelantados.
• La Alianza de Pequeños Estados Insulares (AOSIS, por sus siglas en inglés) es una coalición de 43 países insulares de tierras bajas y pequeñas dimensiones, en su mayoría miembros del Grupo de los 77, que son particularmente vulnerables a la subida del nivel del mar. Los países de la AOSIS están unidos por la amenaza que el cambio climático representa para su supervivencia, y frecuentemente adoptan una postura común en las negociaciones. Fueron los primeros en proponer un proyecto de texto durante las negociaciones sobre el Protocolo de Kyoto en el que se pedían recortes en las emisiones de dióxido de carbono, con el fin de lograr para 2005 niveles que fueran un 20% inferiores a los de 1990.
• Los 48 países definidos como países menos adelantados por las Naciones Unidas normalmente colaboran en el sistema general de las Naciones Unidas. Han demostrado cada vez mayor actividad en el proceso relacionado con el cambio climático, y muchas veces colaboran entre sí para defender sus intereses, por ejemplo, con respecto a la vulnerabilidad y adaptación al cambio climático.
• Los 27 miembros de la Unión Europea (UE) se reúnen en privado para adoptar una postura negociadora común. El país que ostenta la presidencia de la UE – cargo que rota cada seis meses – interviene en nombre de sus estados miembros. En calidad de organización de integración económica regional, la Comunidad Europea puede ser, y es, Parte en la Convención. No obstante, no tiene un voto propio, distinto del de sus miembros.
• El Grupo Mixto es una coalición amplia de países desarrollados no pertenecientes a la UE que se formó tras la adopción del Protocolo de Kyoto. Aunque no hay ninguna lista oficial, el grupo está integrado normalmente por Australia, Canadá, Estados Unidos, la Federación de Rusia, Islandia, Japón, Noruega, Nueva Zelanda y Ucrania. Su origen se remonta a JUSSCANNZ (JUSSCANNZ son las siglas formadas con la inicial en inglés de los siguientes países: Japón, Estados Unidos, Suiza, Canadá, Australia, Noruega y Nueva Zelanda), que intervino activamente durante las negociaciones del Protocolo de Kyoto.
• El Grupo de Integridad Ambiental es una coalición formada recientemente por México, la República de Corea y Suiza. Varios otros grupos colaboran también en el proceso del cambio climático, en particular países de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP), un grupo de países de Asia central, Cáucaso, Albania y Moldova (CACAM) y países que son miembros de organizaciones como la Liga de Estados Árabes y la Agence intergouvernementale de la francophonie.