Ярким примером является сотрудничество Объединённого института с Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН), что способствует решению многих теоретических и экспериментальных задач физики высоких энергий. ОИЯИ участвует в осуществлении проекта «Большой адронный коллайдер (LHC)» — разработке и создании отдельных систем детекторов ATLAS, CMS, ALICE и самой машины LHC. На базе своего суперкомпьютерного центра Институт принимает участие в создании Российского регионального центра обработки экспериментальных данных с LHC, который, как планируется, будет составной частью проекта Европейского Союза «HEP EU-GRID». ОИЯИ на взаимовыгодной основе поддерживает контакты с МАГАТЭ, ЮНЕСКО, Европейским физическим обществом, Международным центром теоретической физики в Триесте, CLAF (Latin-American Centre for Physics).
- Германией (BMBF) в сфере теоретической физики, физики тяжёлых ионов и конденсированного состояния;
- ЦЕРН в области физики высоких энергий;
- IN2P3 (Франция) в сфере физики элементарных частиц;
- C.E.A. (Франция) в области радионуклидной метрологии;
- INFN (Италия) в сфере физики элементарных частиц;
- Фермилаб, BNL, LLNL и другими научно-исследовательскими центрами в США;
- Венгрией (KFKI) в области физики конденсированного состояния.
- Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», включая ИФВЭ (Институт физики высоких энергий, Протвино), ПИЯФ НИЦ КИ (Петербургский институт ядерной физики, Гатчина), ИТЭФ (Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва);
- НИИЯФ МГУ (Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Москва);
- ИЯФ СО РАН (Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск)
- и другие научно-исследовательские центры.
22 ноября 2021 года на сессии Комитета полномочных представителей государств-членов Объединенного института ядерных исследований, прошедшей в Болгарии, была принята Декларация, подчеркнувшая ценность международной научно-технической интеграции для решения глобальных задач укрепления мира, взаимопонимания и социально-экономического прогресса всех стран.