La composition de la Commission était initialement définie par l’article 8 du Traité EURATOM, une disposition abrogée en 1967 à la suite du Traité de Fusion, qui institua une Commission unique pour les Communautés européennes. Lors de sa mise en place, la Commission EURATOM était composée de cinq membres, représentant chacun l’un des six États fondateurs à l’exception du Luxembourg, qui ne disposait pas de programme nucléaire actif et ne fut donc pas représenté. Les membres de la Commission étaient désignés d’un commun accord par les gouvernements des États membres.

La Commission avait pour mission principale de veiller à la bonne application du Traité et pouvait à ce titre formuler des avis et des recommandations. Elle était également chargée de gérer les relations extérieures de la Communauté, soit par le biais de négociations directes avec des États tiers, soit en s’appuyant sur l’Agence d’approvisionnement en tant qu’instrument diplomatique. En tant qu’institution communautaire, la Commission était tenue de présenter chaque année un rapport à l’Assemblée parlementaire européenne, devant laquelle elle était politiquement responsable.

L’EURATOM entra officiellement en vigueur le 1er janvier 1958, avec la nomination de Louis Armand comme premier président de sa Commission. Sous sa direction, la priorité fut immédiatement accordée à la diplomatie nucléaire extérieure, ce qui se traduisit par la conclusion rapide d’accords de coopération nucléaire avec les États-Unis et le Royaume-Uni entre 1958 et 1959. Conscient de l’importance de la visibilité internationale et des alliances stratégiques, Armand considérait que l’accès anticipé aux technologies nucléaires étrangères permettrait d’accélérer la consolidation institutionnelle d’EURATOM et d’affirmer la légitimité de la Communauté sur la scène internationale.

À partir de 1959, lorsque la Commission réorienta son action vers la mise en place des structures internes d’EURATOM, elle se heurta rapidement à une duplication des infrastructures de recherche parmi les Etats membres, à des investissements fragmentés et à des programmes techniques menés en parallèle. Cette situation mettait en lumière les tensions inhérentes à la coexistence d’ambitions nationales affirmées et d’un projet communautaire encore en phase de consolidation. Les programmes nucléaires nationaux continuaient à être développés en marge du cadre européen, plutôt que d’y être pleinement intégrés. De nombreux gouvernements, soucieux de préserver leur souveraineté scientifique et technologique, cherchaient à renforcer leurs capacités nationales avant d’envisager un transfert effectif de compétences vers une structure supranationale.

Le 24 février 1958, la Commission Euratom structura son fonctionnement interne en instituant neuf directions, qui allaient constituer l’architecture organisationnelle de l’institution. Chacune était chargée de superviser un domaine spécifique relevant de la politique nucléaire, de la coordination technique ou de la gestion administrative. Cette structuration visait à établir une répartition claire des responsabilités et à doter Euratom d’un appareil administratif capable de soutenir ses ambitions.

En établissant ce cadre, la Commission se dotait des moyens nécessaires pour encadrer la recherche nucléaire, surveiller la circulation et l’utilisation des matières fissiles, assurer la cohérence des initiatives nationales avec les objectifs communautaires et coordonner des actions extérieures de manière efficace.

En 1959, Étienne Hirsch succéda à Louis Armand à la présidence de la Commission Euratom. Son accession à ce poste marqua une étape clé dans l’évolution de l’institution, symbolisant le passage d’une phase fondatrice - centrée sur la visibilité internationale et la légitimation symbolique du projet atomique européen - à une phase de consolidation administrative et de structuration interne. Alors que la présidence Armand s’était distinguée par une diplomatie nucléaire active — notamment en direction des États-Unis et du Royaume-Uni — la Commission dirigée par Hirsch s’attacha à inscrire l’action d’EURATOM dans une logique de rationalisation et de planification communautaire.

Sous la présidence d’Hirsch, la Commission s’efforça de renforcer le Centre commun de recherche afin d’en faire un instrument central de l’expertise nucléaire européenne. Cette tentative d’institutionnalisation d’une capacité scientifique fédérée répondait à la nécessité de conférer à Euratom une légitimité technique et un rôle structurant face aux grands programmes nationaux, notamment ceux de la France, de la République fédérale d’Allemagne et de l’Italie. Dans ce contexte, la Commission chercha également à affirmer son autorité dans des domaines sensibles tels que la normalisation des standards de sûreté, le contrôle des matières fissiles et la gestion des politiques d'approvisionnement, autant de champs où la marge de manœuvre communautaire entrait fréquemment en tension avec les intérêts étatiques.

Dans le cadre des accords conclus entre le gouvernement de la République italienne et la Commission EURATOM, le Centre commun de recherche nucléaire d'Ispra a été créé en 1959. Le 181e jour suivant l'entrée en vigueur de l'accord instituant le Centre, la Commission Euratom prit en charge la gestion du Centre d'études nucléaires d'Ispra. Le directeur du Centre commun avait pour mission de coordonner les groupes de chercheurs italiens poursuivant les travaux prévus dans le cadre du programme national italien. La gestion du réacteur d'Ispra fut confiée au personnel italien pendant les deux années suivant le transfert définitif du Centre d'Ispra à Euratom.

Malgré cette volonté de consolidation, l’action de la Commission Hirsch fut entravée par les résistances des gouvernements nationaux, en particulier celui de la France, soucieux de préserver leur souveraineté énergétique et industrielle. La décision ferme de Charles De Gaulle de ne pas renouveler le mandat d’Hirsch, contrairement aux intentions des cinq autres États membres, traduisait clairement son opposition aux politiques supranationales poursuivies par la Commission sous la présidence d’un dirigeant dont l’européanisme était jugé trop « zélé ». En décembre 1961, Pierre Chatenet fut nommé président de la Commission. Sous la présidence Chatenet, l’accent fut mis sur la gestion opérationnelle et diplomatique de la Communauté, notamment à travers l’Agence d’approvisionnement et le contrôle des matières fissiles. La Commission veilla à la mise en œuvre des accords internationaux, en particulier avec les États-Unis et le Royaume-Uni, tout en s’assurant que ces engagements ne compromettaient pas la souveraineté des États membres. La présidence Chatenet prit fin en 1967, avec la fusion des exécutifs des Communautés européennes, qui donna naissance à la Commission unique.