Die in der Uruguay-Runde beschlossene Vereinbarung über Regeln und Verfahren zur Beilegung von Streitigkeiten ("Dispute Settlement Understanding" = DSU) gilt als das "Herzstück" des multilateralen Handelssystems. Ziel ist dabei die Schaffung von Sicherheit und Vorhersehbarkeit im multilateralen Handelssystem. Die DSU-Streitbeilegung gilt im Gegensatz zum früheren GATT-Streitschlichtungssystem für alle WTO-Übereinkommen und ist das weltweit erste obligatorische zwischenstaatliche Verfahren.

Das Streitbeilegungsverfahren findet im Streitbeilegungsgremium ("Dispute Settlement Body" = DSB) statt, der vom Allgemeinen Rat der WTO (also der Gesamtheit der WTO-Mitglieder) wahrgenommen wird.

Der Prozess eines Streitbeilegungsverfahrens beginnt mit bilateralen Konsultationen zwischen den Streitparteien, um im Idealfall noch eine einvernehmliche Lösung herbeizuführen. Scheitern die Konsultationen werden auf Antrag der beschwerdeführenden Partei unabhängige Streitschlichtungsgremien, sog. Panel, eingesetzt, die nach sechs Monaten einen Abschlussbericht erstellen sollen. Dieser Bericht ist kein Urteil, sondern enthält Empfehlungen, die vom DSB angenommen und damit verbindlich werden.

Legt eine Partei Rechtsmittel ein, wird vor dem Berufungsgremium ("Appellate Body") eine zweite Instanz eröffnet. Der Appellate Body überprüft die Panelentscheidung auf Rechtsfragen und soll seinen Bericht innerhalb von 60 Tagen vorlegen. Dieser Bericht muss wiederum durch den DSB angenommen werden. Über den Ablauf des WTO-Streitbeilegungsverfahrens im Einzelnen informiert die WTO ausführlich.

Falls die unterlegene Partei den Empfehlungen des Panels/Berufungsgremiums nicht nachkommt und Kompensationsverhandlungen scheitern, kann die obsiegende Partei vom Streitbeilegungsgremium zu Handelssanktionen autorisiert werden (Beispiel: US-Strafzölle im Bananen- und Hormonstreit).

Vom Streitbeilegungsverfahren wird intensiv und zunehmend auch von Entwicklungsländern Gebrauch gemacht. Für diese gelten zahlreiche Sonderregeln und Erleichterungen, die auf den WTO-Seiten zu Regelungen für Entwicklungsländer im Einzelnen eingesehen werden können.

Die Überprüfung und Reform der DSU-Regeln ist auch ein Thema der laufenden Doha-Welthandelsrunde (DDA).