นาโนเทค สวทช. ดำเนินการพัฒนาความร่วมมือด้านนาโนเทคโนโลยีร่วมกับหน่วยงานพันธมิตรต่างประเทศอย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งเน้นการส่งเสริมและสนับสนุนให้ศูนย์ฯ เป็นที่รู้จักและได้รับการยอมรับในฐานะหน่วยงานที่มีความเป็นเลิศทางด้านนาโนเทคโนโลยีในเวทีระดับนานาชาติ จากการสร้างฐานความร่วมมือในการระดมทุนวิจัยและให้ทุนวิจัยแก่พันธมิตรต่างประเทศ อีกทั้งสร้างความร่วมมือในเชิงยุทธศาสตร์ จากการเป็นเจ้าภาพจัดการประชุมเชิงวิชาการหรือเชิงปฏิบัติการ จนเกิดเป็นความร่วมมือระหว่างหน่วยงาน อาทิ ข้อเสนอโครงการวิจัย การลงนามสัญญาความร่วมมือ ตลอดจนการแลกเปลี่ยนบุคลากรสายวิจัยระหว่างหน่วยงาน
ข้อมูล ณ วันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2565 หน่วยงานพันธมิตรต่างประเทศและสาขาความร่วมมือ (NANOTEC International Partnerships and Area of Collaboration in 2022) ในปีงบประมาณ 2565 มีจำนวน 80 มหาวิทยาลัย/สถาบัน จาก 18 ประเทศและ 1 เขตเศรษฐกิจ
