Dem Senat der Leopoldina, der die Belange der Mitglieder vor dem Präsidium vertritt und das Präsidium berät, gehören 40 Personen an. Unter ihnen sind 28 gewählte Mitglieder (Obleute), die jeweils eine der 28 Sektionen der Leopoldina repräsentieren. Hinzu kommt je ein gewählter Vertreter der Mitglieder aus Österreich und der Schweiz (Adjunkten). Ihre Amtszeit beträgt vier Jahre, eine einmalige Wiederwahl ist möglich. Weitere zehn wissenschaftsnahe Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens mit wissenschaftspolitischer und -beratender Erfahrung, die nicht Mitglied der Leopoldina sein müssen, erweitern den Senat. Von diesen zehn Personen werden fünf ad personam gewählt. Bei ihnen handelt es sich um Persönlichkeiten, die Forschungsorganisationen bzw. andere wissenschaftliche Einrichtungen in leitenden Stellungen vertreten. Bei fünf weiteren handelt es sich ex officio um die Präsidentinnen bzw. Präsidenten deutscher Wissenschaftsorganisationen (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Max-Planck-Gesellschaft, Hochschulrektorenkonferenz, Alexander-von-Humboldt-Stiftung, Union der deutschen Akademien der Wissenschaften).

Seit Januar 2007 besteht der Senat der Leopoldina aus den folgenden Personen:

Senatoren aus den Sektionen 

• 1 – Mathematik:  Prof. Dr. Eberhard Zeidler, Leipzig 
• 2 – Informationswissenschaften: Prof. Dr. Thomas Lengauer, Saarbrücken
• 3 – Physik: Prof. Dr. Herbert Gleiter, Karlsruhe
• 4 – Chemie: Prof. Dr. Manfred T. Reetz, Mülheim / Ruhr
• 5 – Geowissenschaften: Prof. Dr. Friedrich A. Seifert, Berlin / vormals Bayreuth 
• 6 – Agrar- und Ernährungswissenschaften: Prof. Dr. Gottfried Brem, Wien
• 7 – Ökowissenschaften: N.N.
• 8 – Organismische und Evolutionäre Biologie: Prof. Dr. Eberhard Schäfer, Freiburg
• 9 – Genetik/Molekularbiologie und Zellbiologie: Prof. Dr. Widmar Tanner, Regensburg
• 10 – Biochemie und Biophysik: Prof. Dr. Alfred Wittinghofer, Dortmund
• 11 – Anatomie und Anthropologie: Prof. Dr. Detlev Drenckhahn, Würzburg
• 12 – Pathologie und Rechtsmedizin: Prof. Dr. Hans Konrad Müller-Hermelink, Würzburg
• 13 –  Mikrobiologie und Immunologie: Prof. Dr. Jörg Hacker, Würzburg
• 14 – Humangenetik und Molekulare Medizin: Prof. Dr. Karl Sperling, Berlin
• 15 – Physiologie und Pharmakologie/Toxikologie: Prof. Dr. Franz Hofmann, München
• 16 – Innere Medizin und Dermatologie: Prof. Dr. Joachim R. Kalden, Erlangen
• 17 – Chirurgie, Orthopädie und Anästhesiologie: Prof. Dr. Jörg R. Siewert, München
• 18 – Gynäkologie und Pädiatrie: Prof. Dr. Matthias Brandis, Freiburg
• 19 – Neurowissenschaften: Prof. Dr. Michael Frotscher, Freiburg
• 20 – Ophthalmologie, Oto-Rhino-Laryngologie und Stomatologie:  Prof. Dr. Johannes Schubert, Halle (Saale)
• 21 – Radiologie: Prof. Dr. Friedrich Kamprad, Leipzig
• 22 – Veterinärmedizin: Prof. Dr. Hartwig Bostedt, Gießen
• 23 – Wissenschafts- und Medizingeschichte: Prof. Dr. Andreas Kleinert, Halle (Saale)
• 24 – Wissenschaftstheorie: Prof. Dr. Gereon Wolters, Konstanz
• 25 – Ökonomik und Empirische Sozialwissenschaften: Prof. Dr. Wolfgang Franz, Mannheim
• 26 – Empirische Psychologie und Kognitionswissenschaften: Prof. Dr. Frank Rösler, Marburg
• 27 – Technikwissenschaften: Prof. Dr. Johann D. Wörner, Darmstadt
• 28 – Kulturwissenschaften: Prof. Dr. Jürgen Kocka, Berlin

Die Sektion 7 (Ökowissenschaften) befindet sich in einer Phase der Neuorientierung und hat deshalb derzeit keinen Senator.


Senatoren der Adjunktenkreise Österreich und Schweiz:

• Österreich: Prof. Dr. Helmut Denk, Graz (Pathologe)
• Schweiz: Prof. Dr. Rüdiger Wehner, Zürich (Zoologe)

Externe ad personam Mitglieder des Senats (Amtszeit im Leopoldina-Senat):

• Prof. Dr. Pieter J. Drenth, Amsterdam, Präsident der ALLEA bis 2006 (2003-2007)
• Prof. Dr. Wolfgang Frühwald, Bonn, Präsident der Alexander-von-Humboldt-Stiftung (1999–2003, 2003–2007)
• Prof. Dr. Hans-Joachim Meyer, Berlin, sächsischer Staatsminister a.D. (1999–2003, 2003–2007)
• Prof. Dr. Günter Stock, Berlin, Mitglied des Vorstands der Schering AG, seit 2006 Präsident der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (1999–2003, 2003–2007)
• Prof. Dr. Joachim Treusch, Jülich, Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Jülich, seit 2006 Präsident der International University Bremen (1999–2003, 2003–2007) 

Ex officio Senatoren: Präsidenten wissenschaftsfördernder Institutionen

• Deutsche Forschungsgemeinschaft: Prof. Dr. Matthias Kleiner, Bonn
• Max-Planck-Gesellschaft: Prof. Dr. Peter Gruss, München
• Alexander-von-Humboldt-Stiftung: Prof. Dr. Wolfgang Frühwald, Bonn
• Hochschulrektorenkonferenz: Prof. Dr. Margret Wintermantel, Bonn
• Union der deutschen Akademien der Wissenschaften: Prof. Dr. Gerhard Gottschalk, Göttingen

Der Senat tritt in der Regel einmal im Jahr zusammen. Er wählt satzungsgemäß die Mitglieder des Präsidiums und die Ehrenmitglieder, prüft den Rechenschaftsbericht des Präsidiums und beschließt dessen Entlastung, wählt Kassenprüfer und beschließt über den Ausschluss eines Mitglieds. Er beschließt über die Wahlordnung der Mitglieder, der Obleute und der Adjunkten, der Senatoren und ihrer Stellvertreter, des Präsidiums sowie über die Strukturordnung für die Sektionen und Adjunktenkreise.

Die erste Amtshandlung des neuen Senats war die Wahl von Herbert Gleiter, Karlsruhe, zum neuen Präsidiumsmitglied als Nachfolger von Herbert Walther, Garching, der im vergangenen Jahr verstarb.