秉承“优势互补，互惠互利，创建一流，共同发展”的指导原则，同济大学与世界一流大学、研究机构和海外知名跨国企业通过共建联合研究机构、框架合作、委托研发、联合研发、设立合作研究基金、海外技术许可与转让等灵活多样的合作模式，积极开展前瞻性、高水平的科研合作与交流，旨在提升同济大学的科研水平，促进学科建设，培养具有国际视野的优秀人才，推进“国际办学有品质、国际平台有特色、国际师生有规模、国际科研有地位、国际组织有任职、国际会议有声音、国际期刊有文章、国际奖励有名次”的内涵建设。
放眼全球，做好国际化布局，以“一体”，“两翼”加“引擎”的战略，实现全球一体化战略目标。继续保持对欧合作优势，以德国为牵引，进一步优化、提升对欧合作；积极拓展同中亚、欧亚以及东南亚等国家的合作与交流，主动对接国家“一带一路”主场外交；加强同科技强国间的合作与交流。学校已与200多所海外高校签订合作协议，与大众、西门子、拜耳和IBM等众多跨国企业共建了研究中心。
围绕学校重要改革和教育科研工作，对外协同国外伙伴高校和国内合作高校，对内与各职能部门、学院密切合作，在党政领导的指导下形成“大团队”工作格局，以创新的思路，形成新的特色。通过中外合作办学、与国际重要跨国组织和学术机构开展深入合作、与国外高校和科研机构共建联合实验室、举办国际学术会议等举措，进一步提升国际化水平。
学校建有十二个国际合作平台学院、七个国际联合实验室若干海外研发基地，以提升实质性国际合作层次。
学校先后建立了中德学院（1998年）、中法工程和管理学院（1999年）、联合国环境规划署-同济大学环境与可持续发展学院（2002年）、中德工程学院（2004年）、中意学院（2006年）、联合国教科文组织亚太地区世界遗产研究与培训中心（2007）、中芬中心（2010年）、中西学院（2012年）、中德学部（2013年）、上海国际设计创新学院（2016年）、上海国际知识产权学院（2016年）、国际足球学院（2017年）等12个国际化合作平台学院。学院常年有外籍教授来我校授课，邀请国外知名专家做专题讲座，另外还会举行移动课堂、开展培训班、合作科研等授课形式。
1998年2月18日正式成立的中德学院是我国对德教育、科技及经济企业合作的重要平台，是由中德政府双方共同支持的中外合作办学机构，隶属于同济大学。
1999年，同济大学中法工程和管理学院（简称中法学院）由同济大学和巴黎高科（法国12所精英高校联合体）共同创办。学院的创立旨在联合中法两国的著名大学，依托两国大型企业的强大实力，充分发挥各自优势，相互借鉴在工程、管理和高级职业培训方面的先进理念和丰富经验，融合大学文化和企业文化，培养造就能适应世界改革和发展的，在国际人才市场上有竞争力的工程和管理方面的高层次人才，并成为促进中法教育、文化、经济交流的重要桥梁。
联合国环境规划署(UNEP)和同济大学于2002年5月9日签署协议，共同建立联合国环境规划署-同济大学环境与可持续发展学院(IESD)。该学院的外籍师资来自亚太地区大学联盟，旨在加强全球环境和可持续发展领域的科学研究及人才培养，并承担了多个科研及援外项目。
中德工程学院为根据中国教育部和德国联邦教育部的合作意向，由同济大学和德国高校联合会（26所德国应用科技大学组成）合作执行的教育合作项目，成立于2004年7月。其办学宗旨是通过教育合作项目将德国应用技术大学的办学模式引入中国的高校体系，以此确保面向实际的培养工程师，使他们具有跨学科的专业知识，跨文化沟通能力以及解决问题的能力，以便将来为中德两国的工商企业服务。
同济大学中意学院诞生于中国与意大利的首个政府教育合作项目，2006年9月正式成立并开始招收首批中意本科双学位国际班学生。作为同济大学十大平台学院之一，中意学院从最初的中意工程类本科双学位合作项目，业已扩大至设计、建筑、法律等15个学科专业的本、硕、博层次教育合作，形成与17个意大利高校合作的网络格局。而从人才培养到协同创新，随着同济大学佛罗伦萨校区、佛罗伦萨大学孔子学院、中意可持续发展中心等的设立，中意学院不断拓展与中意大学、政府、机构和企业的合作资源。
联合国教科文组织亚太地区世界遗产研究与培训中心是专门从事世界遗产研究和培训教育的非营利组织，是在发展中国家建立的第一个遗产保护领域的联合国教科文组织二类机构，服务于亚太地区《世界遗产公约》缔约国及其他联合国教科文组织成员国，旨在通过培训、研究、信息推广以及网络建设，提高亚太地区参与世界遗产申报、保护、保存以及管理工作的人员及其机构的能力，促进亚太地区落实世界遗产公约。
同济大学中芬中心是同济大学与芬兰阿尔托大学共同建立的国际交流平台。该中心作为国际创新知识平台，是一个开放性的枢纽和引擎，汇聚了同济大学、阿尔托大学和其他高校企业的优秀学者和未来精英们的智慧。中芬中心的目标是成为国际创新知识的枢纽与引擎。我们相信，学生、公司和学者之间的互动能擦出思想的火花，带来令人惊喜的成果。在同济大学和阿尔托大学共同走向世界级高校的道路上，中芬中心将贡献自己的一份力量。
2012年5月中西学院在同济大学揭牌成立，该学院是同济大学携手西班牙2所著名理工类公立大学--马德里理工大学、加泰罗尼亚理工大学共同发起的合作项目。该项目涉及西班牙的优势学科，如土木工程、建筑与城市规划、交通、材料、电信、计算机工程、管理等方面的合作，突出智能城市和可持续工程领域的前沿研究。同济大学自2009年起与马德里理工大学、加泰罗尼亚理工大学2校开启学生交流项目。中西学院的成立，将进一步拓展、深化双方的校际交流与合作。中西学院旨在提供一个面向西班牙语地区的交流窗口，并借此拓展与深化同济大学对西班牙和拉丁美洲国家与地区的合作。
中德学部(CDH)由同济大学与德国学术交流中心于2012年合作建立。中德学部作为同济大学所有对德机构、对德组织及合作项目的公共平台而非单纯的教科研场所，旨在为所有致力于对德交流、研究学习德语及其他对德合作专业的相关人士提供信息与合作机会。通过更多的联结和合作，扩大同济大学与德国之间现有合作活动的影响力，同时提高其知名度；此外，通过核实的框架条件及项目，促进新的合作倡议。
2016年同济大学和芬兰阿尔托大学合作设立"同济大学上海国际设计创新学院"，在艺术设计领域引进芬兰优质教育资源，开展合作办学，有利于培养高层次艺术设计人才，服务地方经济社会发展，为国家加快实施创新驱动发展战略提供人才智力支撑，统筹推进世界一流大学和一流学科建设。
作为支撑知识产权强国和上海科技创新中心建设的重要举措，2016年11月17日，致力于加快培养知识产权国际化高端专业人才、打造世界一流知识产权智库的上海国际知识产权学院，在同济大学揭牌成立。上海国际知识产权学院将以培养具有跨学科知识背景、通晓知识产权领域国际规则及具有国际知识产权事务对话和谈判能力的国际化高端专业人才为目标，携手国际知识产权领域一流师资，加快高水平知识产权国际化人才培养，并积极向世界知识产权组织等输送人才。学院还将聚焦知识产权领域最新发展趋势，打造具有全球影响力的可持续发展与知识产权研究智库。
同济大学国际足球学院于2017年6月21日成立，是全国首个“国际足球学院”，下设“同济大学足球智库”、“同济大学足球研究中心”、“同济-埃迪斯科文足球科学研究中心”、“同济大学足球俱乐部”等单位，同时是“中国大学生体育协会足球分会”主席挂靠单位、“上海市校园足球联盟”理事长执行单位。学院定位为独立二级学院，实行理事会领导下院长负责制管理模式，学院将秉承“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，坚持国际化协作、市场化运作的办学方向，立足于当今世界足球发展的前沿和我国足球发展的实际，形成以足球管理、足球经济，足球运动训练、足球科研研究、足球人文社会学等专业方向，办学层次贯穿本科、研究生培养，构建本科、研究生“一体化”的完善足球精英人才培养机制。 同济大学建有七个国际联合实验室，其中2个已获教育部批准，分别是地震工程国际合作联合实验室、生态化城市设计国际联合实验室。还有5个在培育（道路交通安全、深海科学、长江生态环境、中欧“纳米声子学与热能调控”、认知互联网）。
学校建立了若干海外研发基地。比如与中国中车、美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）三方共建“中美轨道交通装备联合研发中心”，旨在搭建中美行业学术和技术交流平台，促进中美双方轨道交通装备技术共同发展。2015年成立了国家磁浮交通工程技术研究中心慕尼黑研究基地，该研究基地在磁浮与直线驱动技术开发、人才培养及国际交流等方面发挥重要作用。
2014年我校建立了同济大学佛罗伦萨海外校区，该校区是同济在海外设立的首个校区，是我校与意大利环境部、托斯卡纳大区政府和佛罗伦萨市政府四方协议共建。该校区作为同济在意大利的海外教育实践基地，旨在积极推动与当地企业及知名教育文化机构的合作，开设暑期学院、艺术学科学生春季学期、师资访学等教育项目，并积极组织各类设计艺术交流、研讨和展示活动。不仅服务于同济在校师生，还与中国教育国际交流协会合作开设“高校艺术学科师生海外学习计划”，惠及更多中意师生，致力打造全球化教育开放平台。
学校的国际科技合作获得了国家和地方政府的大力支持，比如科技部国家重点研发计划政府间国际科技创新合作、战略性科技和创新合作专项、上海市科委“科技创新行动计划”政府间国际科技合作项目、“一带一路”青年科学家交流国际合作项目等。
为进一步促进学校的国际合作与交流，提高学校整体实力和国际影响力，我校设立了同济大学中央高校基本科研业务费专项资金国际科研合作与交流项目，从中央高校基本科研业务费拿出一部分经费用于资助院系主办国际学术会议，资助科学家工作室的建设工作以及重大国际合作项目的开展。经国务院批准，我国正式加入于2003年10月1日开始启动的国际综合大洋钻探计划（IODP）。2004年2月28日，中国IODP专家委员会在我校举行第一次会议。中国IODP办公室同时在我校揭牌。为进一步支持中国大洋钻探的发展战略，学校通过专项经费予以稳定资助，积极推动同济大学成为中国大洋钻探科学执行中心，组织协调中国科学家参加这一国际大科学计划，积极参与国际大洋钻探面向2050年科学框架的制定，在新科学计划制定中贡献中国智慧。
在国际合作过程中，同济大学注重实质性合作、对等合作，争取和外方强强联合，优势互补，合作共赢，同时注意产权保护。
