Współpraca dwustronna służy realizacji misji Centrum polegającej na wsparciu polskich jednostek naukowych oraz przedsiębiorstw w rozwijaniu ich zdolności do tworzenia i wykorzystywania rozwiązań opartych na wynikach badań naukowych, w celu nadania impulsu rozwojowego gospodarce i z korzyścią dla społeczeństwa. Przyczynia się ona także do wzmacniania pozycji polskich jednostek badawczych w obszarze światowej i europejskiej przestrzeni badawczej oraz w realizowanych wspólnie z badaczami z zagranicy przedsięwzięciach międzynarodowych.

Inicjując i zawierając formalne porozumienia dwustronne o współpracy z partnerami zagranicznymi, NCBR bierze pod uwagę następujące czynniki: priorytetowe obszary tematyczne, korzyści gospodarcze, bliskość geograficzną, najlepsze doświadczenia ze współpracy międzynarodowej polskich naukowców, relacje kulturowe, a także związki historyczne na poziomie państw i jednostek badawczych.

Obecnie NCBR prowadzi współpracę dwustronną z następującymi państwami i regionami:

Berlin
Brazylia
Chiny
Czechy
Izrael
Japonia
Jordania
Luksemburg
Niemcy
Republika Południowej Afryki
Singapur
Tajwan
Turcja