分子科学研究所は創立以来、世界に開かれた分子科学分野の研究拠点として、海外著名研究者も加わった運営や研究活動、数多くの国際研究集会の開催、多数の外国人研究員の受け入れ、二国間・多国間国際共同研究などを継続的に推進しています。このような国際連携は大学共同利用機関の役目として重要度を増しており、分子科学研究所が所属する自然科学研究機構の国際学術拠点形成事業や日本学術振興会の各種事業の支援も受けながら、強化しています。現在、以下のようなプログラムを実施しています。
海外の研究機関等の運営に携わっている著名研究者に運営顧問、研究顧問を依頼して、国際研究拠点の観点で研究所全体の運営面、研究面についての指導、助言を受けています。また、特定の研究分野で国際的に活躍しているトップ研究者に国際諮問委員を依頼して、当該分野の国際共同や国際的競争力強化の観点で指導、助言を受けています。
以下の研究教育機関や学会組織と協定を締結し、研究者、院生が参加する緊密な共同研究を展開しています。一部、インターンシップにも対応しています。
フランス
フランス国立パリ高等化学学校
ドイツ
ベルリン自由大学
ユーリヒ総合研究機構ぺーター・グリュンベルグ研究所
マックス・プランク協会フリッツ・ハーバー研究所
フィンランド
オウル大学
中国
固体表面物理化学国家重点実験室、厦門大学
中国国家留学基金管理委員会（CSC-IMS Scholarship Program）
韓国
韓国化学会 物理化学ディビィジョン
成均館大学
台湾
中央研究院原子與分子科学研究所
国立陽明交通大学
タイ
タイ国立ナノテクノロジー研究センター
インド
インド工科大学カンプール校
海外のトップ研究者を３ヶ月以上招聘し、国際共同研究を行うものです。
海外から若手研究者等を原則３ヶ月以下招聘し、国際共同研究を行うものです。
国際協力研究員制度の学生版で、学術協定を締結している研究教育機関を中心に幅広く学生の受入れを行っています。主に半年以内が対象です。学術協定に基づくアジア版IMS国際インターンシッププログラムとして、特に IMS-IIPA（IMS-International Internship Program in Asia）事業を実施しています。
UVSORをはじめ、所内の最先端施設・装置を海外の研究者に利用開放し、共同利用・共同研究を行っています。
UVSOR施設の国際的に競争力のある実験装置を用いた国際共同利用・共同研究を推進するものです。次項のナノテク事業で実施するものも含んでいます。
文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業として、機器センター、装置開発室、UVSOR施設の実験装置の施設利用を海外から受け入れるものです。
規模、開催目的に応じた様々な国際研究集会を用意しており、研究所外の研究者の申請が可能です。予算的に国内ばかりでなく海外の研究者の参加を可能としています。
国際研究集会として定評のあるGordon Conferenceに近い考えで、参加者を制限した小規模国際研究集会で、創設時から年に１,２件開催している研究所の公式事業です。海外の研究者の招聘をフルサポートします。
岡崎コンファレンスよりは気楽に開催できる国際シンポジウムです。
海外旅費が国内旅費と変わらないアジア・オセアニア地区の研究者が参加できるようにした国際集会です。
分子研研究会は国内の研究者の研究会ですが、外国人招待講演者を若干名、追加可能としています。
総合研究大学院大学を通じて以下の教育機関と協定を締結し、インターンシップに対応しています。一部の大学とは、新たに複数学位取得システムを構築し、平成27年度から学生の受入を開始しました。
タイ・チュラロンコーン大学（理学部）
タイ・カセサート大学（理学部）
タイ・ヴィダヤシリメディー科学技術大学院大学
マレーシア・マラヤ大学（理学部）
ドイツ・イエナ大学固体物理学研究所
アジア地区（日本も含む）の院生・若手研究者に対して英語で、先端的な教育活動を毎年１回開催しています。
