L’Organo Meridionale o Organo ZANIN, inserito nella cassa in cornu Evangelii, è un grande strumento di 12 piedi nello stile rinascimentale italiano; conta 17 registri, su un'unica tastiera. Il prospetto, formato dalle canne del Principale, presenta la tipica disposizione a cinque campate con organetti morti. Sotto il prospetto è collocato, su un somierino a mo' di Brustwerk, un registro ad ancia (Cornamuse), accessibile per l'accordatura attraverso un pannello intagliato.
Le canne sono costruite con le tradizionali leghe di piombo e stagno (95% di stagno per le canne di prospetto, 94% di piombo per le canne interne), secondo misure ricavate dai modelli storici.
La tastiera ha un'estensione di 54 note (Fa0-Do5, senza Fa#0 e Sol#0); la pedaliera, a leggio, ha 18 note (Fa0- Do2, senza Fa#0 e Sol#0). Il Principale Secondo ed i tre Flauti hanno un'estensione di 4 ottave (Do1- Do5); il Cornetto, destinato principalmente all'esecuzione della letteratura spagnola, ha inizio dal Do#3. L'accordatura secondo il temperamento mesotonico a quarti di comma sintonico, con terze maggiori perfettamente pure, contribuisce in modo determinante a caratterizzare la sonorità dello strumento. Il corista è più alto di un tono rispetto alla norma moderna (La3=492 Hz), come si riscontra di frequente negli strumenti rinascimentali, e come doveva essere in origine, secondo quanto si può desumere dalle dimensioni delle casse, negli organi del Duomo. La pressione del vento è di 46 mm di colonna d'acqua.
Nella medesima cassa trova posto un secondo organo di 6 registri, completamente indipendente, accordato all'unisono dell'organo settentrionale e pensato per dialogare con questo, in particolare con il Positiv, nell'esecuzione di letteratura a due organi o a due cori con basso continuo. Questo organetto ha una tastiera di 49 note (Do1-Do5) ed una pedaliera a leggio di 12 note (Do1-Si1). Le misure delle canne e le tecniche di intonazione sono riprese dagli strumenti di scuola callidiana.
L’Organo Settentrionale o Organo METZLER, collocato nell'antica cassa in cornu Epistolæ, conta 29 registri ripartiti fra Hauptwerk, Positiv e Pedale. I tre corpi sono disposti all'interno della cassa in modo da risuonare in volumi differenti: l'Hauptwerk (Grand'Organo) è posto in corrispondenza del prospetto; il Positivo è inserito nel basamento, a sinistra della consolle; il Pedale è posto contro la parete di fondo. Il prospetto è formato dalle canne del Principale 16', disposte in tre campate.
Lo studio del progetto fonico, una volta definite le scelte stilistiche di base, è stato condotto con speciale attenzione alla risposta acustica dello strumento nell'ambiente, tenuto conto di fattori quali la particolare conformazione interna della cassa e la posizione poco usuale per un organo di questo genere. Alcune peculiarità degne di nota sono, ad esempio, il raddoppio nei soprani delle Octaven di 8' e 4' del Grand'Organo, o l'uso di canaletti in legno per una parte delle canne ad ancia.
Le canne sono ricavate da lastra in lega di stagno e piombo, trattata con il tradizionale procedimento di martellatura allo scopo di conseguire una superiore stabilità dell'intonazione; la composizione della lega varia a seconda dei registri: 70% di stagno per i Principali delle due tastiere, 35% per il Pedale, 13% e 35% per i Flauti, 35% e 70% per i registri ad ancia, 82% per le canne di prospetto. Le canne del Subbasso 16' e le più gravi del Principale 16', tappate, sono in legno di rovere.