秉承“優勢互補，互惠互利，創建一流，共同發展”的指導原則，同濟大學與世界一流大學、研究機構和海外知名跨國企業通過共建聯合研究機構、框架合作、委托研發、聯合研發、設立合作研究基金、海外技術許可與轉讓等靈活多樣的合作模式，積極開展前瞻性、高水平的科研合作與交流，旨在提升同濟大學的科研水平，促進學科建設，培養具有國際視野的優秀人才，推進“國際辦學有品質、國際平臺有特色、國際師生有規模、國際科研有地位、國際組織有任職、國際會議有聲音、國際期刊有文章、國際獎勵有名次”的內涵建設。
放眼全球，做好國際化布局，以“一體”，“兩翼”加“引擎”的戰略，實現全球一體化戰略目標。繼續保持對歐合作優勢，以德國為牽引，進一步優化、提升對歐合作；積極拓展同中亞、歐亞以及東南亞等國家的合作與交流，主動對接國家“一帶一路”主場外交；加強同科技強國間的合作與交流。學校已與200多所海外高校簽訂合作協議，與大眾、西門子、拜耳和IBM等眾多跨國企業共建了研究中心。
圍繞學校重要改革和教育科研工作，對外協同國外伙伴高校和國內合作高校，對內與各職能部門、學院密切合作，在黨政領導的指導下形成“大團隊”工作格局，以創新的思路，形成新的特色。通過中外合作辦學、與國際重要跨國組織和學術機構開展深入合作、與國外高校和科研機構共建聯合實驗室、舉辦國際學術會議等舉措，進一步提升國際化水平。
學校建有十二個國際合作平臺學院、七個國際聯合實驗室若干海外研發基地，以提升實質性國際合作層次。
學校先后建立了中德學院（1998年）、中法工程和管理學院（1999年）、聯合國環境規劃署-同濟大學環境與可持續發展學院（2002年）、中德工程學院（2004年）、中意學院（2006年）、聯合國教科文組織亞太地區世界遺產研究與培訓中心（2007）、中芬中心（2010年）、中西學院（2012年）、中德學部（2013年）、上海國際設計創新學院（2016年）、上海國際知識產權學院（2016年）、國際足球學院（2017年）等12個國際化合作平臺學院。學院常年有外籍教授來我校授課，邀請國外知名專家做專題講座，另外還會舉行移動課堂、開展培訓班、合作科研等授課形式。
1998年2月18日正式成立的中德學院是我國對德教育、科技及經濟企業合作的重要平臺，是由中德政府雙方共同支持的中外合作辦學機構，隸屬于同濟大學。
1999年，同濟大學中法工程和管理學院（簡稱中法學院）由同濟大學和巴黎高科（法國12所精英高校聯合體）共同創辦。學院的創立旨在聯合中法兩國的著名大學，依托兩國大型企業的強大實力，充分發揮各自優勢，相互借鑒在工程、管理和高級職業培訓方面的先進理念和豐富經驗，融合大學文化和企業文化，培養造就能適應世界改革和發展的，在國際人才市場上有競爭力的工程和管理方面的高層次人才，并成為促進中法教育、文化、經濟交流的重要橋梁。
聯合國環境規劃署(UNEP)和同濟大學于2002年5月9日簽署協議，共同建立聯合國環境規劃署-同濟大學環境與可持續發展學院(IESD)。該學院的外籍師資來自亞太地區大學聯盟，旨在加強全球環境和可持續發展領域的科學研究及人才培養，并承擔了多個科研及援外項目。
中德工程學院為根據中國教育部和德國聯邦教育部的合作意向，由同濟大學和德國高校聯合會（26所德國應用科技大學組成）合作執行的教育合作項目，成立于2004年7月。其辦學宗旨是通過教育合作項目將德國應用技術大學的辦學模式引入中國的高校體系，以此確保面向實際的培養工程師，使他們具有跨學科的專業知識，跨文化溝通能力以及解決問題的能力，以便將來為中德兩國的工商企業服務。
同濟大學中意學院誕生于中國與意大利的首個政府教育合作項目，2006年9月正式成立并開始招收首批中意本科雙學位國際班學生。作為同濟大學十大平臺學院之一，中意學院從最初的中意工程類本科雙學位合作項目，業已擴大至設計、建筑、法律等15個學科專業的本、碩、博層次教育合作，形成與17個意大利高校合作的網絡格局。而從人才培養到協同創新，隨著同濟大學佛羅倫薩校區、佛羅倫薩大學孔子學院、中意可持續發展中心等的設立，中意學院不斷拓展與中意大學、政府、機構和企業的合作資源。
聯合國教科文組織亞太地區世界遺產研究與培訓中心是專門從事世界遺產研究和培訓教育的非營利組織，是在發展中國家建立的第一個遺產保護領域的聯合國教科文組織二類機構，服務于亞太地區《世界遺產公約》締約國及其他聯合國教科文組織成員國，旨在通過培訓、研究、信息推廣以及網絡建設，提高亞太地區參與世界遺產申報、保護、保存以及管理工作的人員及其機構的能力，促進亞太地區落實世界遺產公約。
同濟大學中芬中心是同濟大學與芬蘭阿爾托大學共同建立的國際交流平臺。該中心作為國際創新知識平臺，是一個開放性的樞紐和引擎，匯聚了同濟大學、阿爾托大學和其他高校企業的優秀學者和未來精英們的智慧。中芬中心的目標是成為國際創新知識的樞紐與引擎。我們相信，學生、公司和學者之間的互動能擦出思想的火花，帶來令人驚喜的成果。在同濟大學和阿爾托大學共同走向世界級高校的道路上，中芬中心將貢獻自己的一份力量。
2012年5月中西學院在同濟大學揭牌成立，該學院是同濟大學攜手西班牙2所著名理工類公立大學--馬德里理工大學、加泰羅尼亞理工大學共同發起的合作項目。該項目涉及西班牙的優勢學科，如土木工程、建筑與城市規劃、交通、材料、電信、計算機工程、管理等方面的合作，突出智能城市和可持續工程領域的前沿研究。同濟大學自2009年起與馬德里理工大學、加泰羅尼亞理工大學2校開啟學生交流項目。中西學院的成立，將進一步拓展、深化雙方的校際交流與合作。中西學院旨在提供一個面向西班牙語地區的交流窗口，并借此拓展與深化同濟大學對西班牙和拉丁美洲國家與地區的合作。
中德學部(CDH)由同濟大學與德國學術交流中心于2012年合作建立。中德學部作為同濟大學所有對德機構、對德組織及合作項目的公共平臺而非單純的教科研場所，旨在為所有致力于對德交流、研究學習德語及其他對德合作專業的相關人士提供信息與合作機會。通過更多的聯結和合作，擴大同濟大學與德國之間現有合作活動的影響力，同時提高其知名度；此外，通過核實的框架條件及項目，促進新的合作倡議。
2016年同濟大學和芬蘭阿爾托大學合作設立"同濟大學上海國際設計創新學院"，在藝術設計領域引進芬蘭優質教育資源，開展合作辦學，有利于培養高層次藝術設計人才，服務地方經濟社會發展，為國家加快實施創新驅動發展戰略提供人才智力支撐，統籌推進世界一流大學和一流學科建設。
作為支撐知識產權強國和上海科技創新中心建設的重要舉措，2016年11月17日，致力于加快培養知識產權國際化高端專業人才、打造世界一流知識產權智庫的上海國際知識產權學院，在同濟大學揭牌成立。上海國際知識產權學院將以培養具有跨學科知識背景、通曉知識產權領域國際規則及具有國際知識產權事務對話和談判能力的國際化高端專業人才為目標，攜手國際知識產權領域一流師資，加快高水平知識產權國際化人才培養，并積極向世界知識產權組織等輸送人才。學院還將聚焦知識產權領域最新發展趨勢，打造具有全球影響力的可持續發展與知識產權研究智庫。
同濟大學國際足球學院于2017年6月21日成立，是全國首個“國際足球學院”，下設“同濟大學足球智庫”、“同濟大學足球研究中心”、“同濟-埃迪斯科文足球科學研究中心”、“同濟大學足球俱樂部”等單位，同時是“中國大學生體育協會足球分會”主席掛靠單位、“上海市校園足球聯盟”理事長執行單位。學院定位為獨立二級學院，實行理事會領導下院長負責制管理模式，學院將秉承“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，堅持國際化協作、市場化運作的辦學方向，立足于當今世界足球發展的前沿和我國足球發展的實際，形成以足球管理、足球經濟，足球運動訓練、足球科研研究、足球人文社會學等專業方向，辦學層次貫穿本科、研究生培養，構建本科、研究生“一體化”的完善足球精英人才培養機制。 同濟大學建有七個國際聯合實驗室，其中2個已獲教育部批準，分別是地震工程國際合作聯合實驗室、生態化城市設計國際聯合實驗室。還有5個在培育（道路交通安全、深海科學、長江生態環境、中歐“納米聲子學與熱能調控”、認知互聯網）。
學校建立了若干海外研發基地。比如與中國中車、美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）三方共建“中美軌道交通裝備聯合研發中心”，旨在搭建中美行業學術和技術交流平臺，促進中美雙方軌道交通裝備技術共同發展。2015年成立了國家磁浮交通工程技術研究中心慕尼黑研究基地，該研究基地在磁浮與直線驅動技術開發、人才培養及國際交流等方面發揮重要作用。
2014年我校建立了同濟大學佛羅倫薩海外校區，該校區是同濟在海外設立的首個校區，是我校與意大利環境部、托斯卡納大區政府和佛羅倫薩市政府四方協議共建。該校區作為同濟在意大利的海外教育實踐基地，旨在積極推動與當地企業及知名教育文化機構的合作，開設暑期學院、藝術學科學生春季學期、師資訪學等教育項目，并積極組織各類設計藝術交流、研討和展示活動。不僅服務于同濟在校師生，還與中國教育國際交流協會合作開設“高校藝術學科師生海外學習計劃”，惠及更多中意師生，致力打造全球化教育開放平臺。
學校的國際科技合作獲得了國家和地方政府的大力支持，比如科技部國家重點研發計劃政府間國際科技創新合作、戰略性科技和創新合作專項、上海市科委“科技創新行動計劃”政府間國際科技合作項目、“一帶一路”青年科學家交流國際合作項目等。
為進一步促進學校的國際合作與交流，提高學校整體實力和國際影響力，我校設立了同濟大學中央高校基本科研業務費專項資金國際科研合作與交流項目，從中央高校基本科研業務費拿出一部分經費用于資助院系主辦國際學術會議，資助科學家工作室的建設工作以及重大國際合作項目的開展。經國務院批準，我國正式加入于2003年10月1日開始啟動的國際綜合大洋鉆探計劃（IODP）。2004年2月28日，中國IODP專家委員會在我校舉行第一次會議。中國IODP辦公室同時在我校揭牌。為進一步支持中國大洋鉆探的發展戰略，學校通過專項經費予以穩定資助，積極推動同濟大學成為中國大洋鉆探科學執行中心，組織協調中國科學家參加這一國際大科學計劃，積極參與國際大洋鉆探面向2050年科學框架的制定，在新科學計劃制定中貢獻中國智慧。
在國際合作過程中，同濟大學注重實質性合作、對等合作，爭取和外方強強聯合，優勢互補，合作共贏，同時注意產權保護。
