המוזיאון חבר בארגון ICOM, המועצה הבינלאומית של המוזיאונים, חבר פעיל בארגון Ecsite, רשת המוזיאונים ומרכזי המדע של אירופה, ב-ASTC, ארגון מוזיאוני המדע והטכנולוגיה בארה"ב, וב-Eusea, ארגון אירועי המדע של אירופה, ופועל בשיתוף פעולה עם מוסדות וארגונים שונים בפרויקטים במימון האיחוד האירופי.
במהלך העשור האחרון המוזיאון השתתף ב-14 פרויקטים אירופיים במסגרת תוכניות המימון של FP7 ו-Horizon 2020. מעורבות המוזיאון בפעילויות בינלאומיות מציבה אותו בחזית החינוך המדעי והטכנולוגי ותקשורת המדע בעולם. מעורבות זו גם מאפשרת לו לעבוד מעבר לגבולות – שיתוף פעולה עם שותפים בינלאומיים תורם רבות לפיתוח הידע והכלים על בסיס הניסיון המשותף.
למדע אין גבולות, ולכן קהילת מוזיאוני המדע העולמית מאמינה בשיתוף בתכנים, ידע וכלים מוזיאליים. לאורך יותר מעשור, המוזיאון פועל עם מוזיאוני מדע ברחבי העולם באירוח תערוכות נודדות, באוצרוּת ובהפקה משותפת של תערוכות מקור, בשיתופי פעולה מניבי הכנסות ובחיזוק קשרים תרבותיים ומדעיים בין ישראל למדינות באירופה ובצפון אמריקה. לצד פיתוח תערוכות והפקתן, אפשר למצוא מוצגי דגל ייחודיים של המוזיאון המוצגים במוזיאוני מדע שונים ברחבי העולם.
שיתוף פעולה מתמשך עם מוזיאון המדע בפריז, Universcience, הביא בעשור האחרון להצגה של כמה תערוכות דגל מצליחות.
התוכניות של התערוכות שם המשחק–MeGames ומשחקי אור וצל – Light and Shadow נרכשו וקיבלו ביטוי אוצרותי מקומי במוזיאון; לציון עונת התרבות ישראל-צרפת בחגיגות ה-70 לעצמאות ישראל, התקיימו חילופי תערוכות בין המוזיאונים במסגרתם אירח המוזיאון את תערוכתעל הקצה - To Risk or Not to Risk מפריז, ומנגד תערוכת אשליות - מבלבלים את המוח– Illusions-Mind Boggling של המוזיאון הוצגה במוזיאוןPalais de la Découverte בפריז בהצלחה כבירה, עם יותר מ-250,000 מבקרים.
בשנת 2015 אירחנו את תערוכת מיוזיקה – Musica ממוזיאון המוזיקה בגרמניה, תערוכה אשר משכה קהל רב בעזרת מוצגים מוזיקליים מדעיים המשקפים את תרבות Make ששולבה בהצלחה רבה בעבודת המוזיאון. בהמשך שימשה התערוכה בסיס לפרויקט 'באבל', פרויקט חינוכי ייחודי משותף לתלמידי תיכון מבתי הספר בגבעת רם – התיכון ליד האוניברסיטה העברית (ליד"ה), האקדמיה למוזיקה ובית ספר אורט גבעת רם.
שיתופי הפעולה שלנו בהחלפה של תערוכות ובניודן חוצים גם את האוקיינוס. תערוכת המכונה שבפנים – The Machine Inside: Biomechanics הוצגה בהצגת בכורה אצלנו לצד הצגתה במוזיאון Field משיקגו (ארה"ב), וחשפה את המבקרים למנגנונים המכניים בעולם החי ובגוף האדם לצד פיתוחים טכנולוגיים שנעשו בהשראה מן הטבע.
גולת הכותרת של שיתופי הפעולה בתחום התערוכות שיזם המוזיאון הייתה במסגרת התערוכה 2X200. לרגל שנת ה-200 להמצאת האופניים, הוביל המוזיאון שותפות אירופית-קנדית-ישראלית בין ארבעה מוזיאונים במסגרתה המוזיאון אצר, הפיק והציג תערוכת דגל אינטראקטיבית והיסטורית שסיפרה את סיפורה של ההמצאה שהשפיעה ברמה גלובלית בהיבטים טכנולוגיים, אקולוגיים וחברתיים כאחד. התערוכה משלבת מוצגים אינטראקטיביים ייחודיים שפיתח צוות המוזיאון עם פרטי אוסף של אופניים נדירים ואביזרי רכיבה ממוזיאוןVELORAMA מהולנד ומאספנים מכל העולם. בשנים האחרונות האופניים היו לאמצעי תחבורה מוביל בתכנון התחדשות אורבנית בערים שונות, מגמה שהתחזקה ב-2020, בימי מגפת הקורונה. עם תום הצגתה במוזיאון, התערוכה יצאה למסע עולמי והוצגה כבר במוזיאוני מדע בברמן בגרמניה ובנפולי באיטליה. ב-2020, עם תום הסגר באירופה בעקבות המגפה, נפתחה התערוכה במוזיאון קופריניקוס בוורשה, פולין, והיא עתידה להגיע בשנת 2022 למוזיאון המדע הלאומי באוטווה, קנדה.
עם הפנים לעשור החדש אנו יוזמים המשך שיתופי פעולה בין המוזיאון למוזיאוני מדע ברחבי העולם, לאקדמיה ולמגזר העסקי, בפיתוח תערוכות מגוונות בשילוב מודל כלכלי אופרטיבי מקומי.