Первые научные контакты с зарубежными коллегами якутские мерзлотоведы установили в 1963 г. вовремя I Международной конференции по мерзлотоведению (МКМ) в штате Индиана в США (г. Лафайет). В 1968 г. чешские ученые начали активно проводить исследования плейстоценовых криогенных явлений в Сибири и Центральной Европе, а в 1969 г. в г. Якутске был проведен Международный симпозиум «Палеогеография и перигляциальные явления плейстоцена». В 1973 г. в Якутске состоялась II Международная конференция по мерзлотоведению. Именно здесь было принято решение проводить МКМ с периодичностью в 5 лет. Председателем оргкомитета этого крупного международного форума мерзлотоведов был директор Института мерзлотоведения П. И. Мельников.

В 1983 г. на III Международной конференции по мерзлотоведению (г. Фэрбенкс, Аляска, США) была создана Международная ассоциация по мерзлотоведению (МАМ), где П.И. Мельникова избрали ее первым президентом. Все это способствовало международной известности института и росту научного авторитета якутской геокриологической школы. В этот период (1970–1983 гг.) укрепились научные связи сотрудников института с зарубежными коллегами и в последующем они стали проводить совместные исследования не только в области геокриологии, но и в изучении других криосферных объектов. Значительная часть полученных институтом данных о вечной мерзлоте Сибири и смежных регионов СССР, а также Монголии была представлена в виде переводных изданий в иностранной печати и на международных научных совещаниях и конгрессах по мерзлотоведению, географии, палеоклиматологии и др. в Канаде, Новой Зеландии, Англии и других зарубежных странах. За более чем 40 лет своей деятельности МАМ доказала свою необходимость. П.И. Мельников воплотил в жизнь много и других инициатив. К ним относится организация международных конференций по влиянию изменений климата на криолитозону в Ямбурге в 1989 г. и Норильске в 1991 г. Он одним из первых внес значительный вклад в разработку Международной программы по изменению климата в начале 1990-х годов.

В последующем директора института Р.М. Каменский, Р.В. Чжан и М.Н. Железняк всегда стремились поддерживать и развивать международную научную деятельность сотрудников института, добиваясь успехов в различных направлениях.

В 1993 г. в г. Чите по инициативе Р.М. Каменского, Р.В. Чжана и Д.М. Шестернева совместно с Хэйлунцзянским научно-исследовательским институтом по строительству в холодных регионах (г. Харбин, Китай) был организован и проведен Первый международный симпозиум по проблемам инженерного мерзлотоведения. Он стал мероприятием, проводимым под эгидой Совета по криологии Земли РАН и МАМ и дополняющим МКМ в инженерном направлении. В октябре 2024 г. очередной симпозиум прошел в двенадцатый раз в г. Ланьчжоу, Китай, а следующий пройдет в г. Анадыре в 2027 г. За более чем 30-летнюю историю проведения симпозиумов международное сотрудничество в области инженерного мерзлотоведения поднялось на качественно более высокий уровень и в ХХI в. призвано находить достойные ответы на запросы практики интенсивно развивающихся холодных регионов Земли.

Зарубежные специалисты проявляют большой интерес к изучению вечной мерзлоты в Сибири. В течение многих лет творческие связи с якутскими мерзлотоведами активно развивали многие организации, такие как:

Институт полярных и морских исследований им. А. Вегенера (Германия) – совместные исследования вещественного состава и истории накопления прибрежно-морских, а также мерзлых аллювиальных, озерных и других континентальных отложений, процессов их преобразования в деятельном слое и таликах береговой зоны арктических морей, организация мониторинга процессов взаимодействия в системе «суша – море – атмосфера» и др.

Японское агентство морских и наземных исследований и технологий (JAMSTEC) (Япония) – мониторинговые метео-, водно- и теплобалансовые наблюдения, комплекс геокриологических и ландшафтных исследований на опытных полигонах Тикси и др.;

Институт географии Министерства образования Республики Казахстан, г. Алматы (Республика Казахстан) – научно-техническое сотрудничество в сфере гляциологии, геокриологии, ландшафтоведения, геоинформационных систем, геоморфологии, экзогенных и эндогенных процессов и явлений, климатологии и др.

Лаборатория взаимодействия и динамики окружающей среды с поверхностью Университета Париж Сюд г. Орси (Франция) – изучение геоморфологических, термических и гидрологических изменений при деградации вечной мерзлоты, реакции теплового режима вечной мерзлоты на глубине в ответ на ее деградацию и др.;

Шведский институт метеорологии и гидрологии (Швеция) – изучение гидрологических процессов в условиях изменения природной среды криолитозоны и др.;

Шведский Музей естествознания (Швеция), Британский университет г. Оксфорд (Великобритания) – совместные биогеохимические исследования в районе водосбора р. Лены и ее притоков; выявление изменений в процессе переноса углерода и микроэлементов металлов реками сибирского региона вследствие глобального изменения климата и др.;

Свыше 20 лет в Восточно-Сибирском регионе Арктики вела работы Российско-Германская экспедиция «Лена». На базе Международной научно-исследовательской станции «Остров Самойловский» группы российских и немецких ученых-геоморфологов, геологов, палеогеографов, мерзлотоведов, геофизиков, гидрологов, зоологов, ботаников, почвоведов и представителей других областей науки проводили исследования в рамках проекта «Природная система моря Лаптевых». По результатам работы этой экспедиции опубликованы сотни статей и десятки монографий, объясняющих современное и историческое состояние геосферы Земли, изменение климата в Арктике.

В 2018-2019 гг. в Институте созданы две новые аналитические лаборатории: российско-германская изотопная лаборатория для анализа изотопного состава вод совместно с Лабораторией стабильных изотопов АВИ-Потсдам (Германия) и лаборатория по определению содержания углерода и воды в грунтовых образцах (Leco RC612, производства США).

Ввиду реализации крупных транспортных и нефтегазовых проектов в холодных регионах Азии в условиях значительных изменений климата и окружающей среды активно развивается научное сотрудничество с организациями Китая. В их числе:

• Северо-Западный институт экологии и природных ресурсов Китайской академии наук (г. Ланьчжоу)
• Северо-Восточный университет лесного хозяйства (г. Харбин)
• Хэйлунцзянский НИИ по строительству в холодных регионах (г. Харбин)
• Институт географии и природных ресурсов Китайской академии наук (г. Пекин)
• Хэйлунцзянский университет (г. Харбин)

Совместно с указанными организациями проводятся экспедиционные работы, экспериментальные и мониторинговые исследования на инженерных объектах, организуются семинары, лекции и стажировки.

С целью укрепления и расширения научно-технического сотрудничества и информационного обмена для решения народнохозяйственных задач при освоении холодных регионов Азии в 2017 г. Северо-Западным институтом экологии и природных ресурсов КАН и Институтом мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН был создан Международный исследовательский центр природных и технических систем холодных регионов Азии. В 2024 г. к соучредителям центра присоединился Институт географии и геоэкологии Монгольской академии наук, а центр был переименован в Международный исследовательский центр природных и технических систем холодных и аридных регионов Китая, Монголии и России. В рамках деятельности центра предусмотрено создание систем мониторинга пустынь, засушливых регионов, криолитозоны и других элементов криосферы на территории трех стран, а также создание базы данных о природных ресурсах, экологическом состоянии и опасных природных явлениях. Основное внимание направлено на исследование механизмов взаимодействия геокриологических, аридных, гидрологических и экологических процессов, а также разработку и внедрение новых технологий и материалов для безопасной эксплуатации инженерных сооружений в криолитозоне, борьбы с опустыниванием и восстановления экологии.

Институт также принимает участие в крупномасштабных международных научно-исследовательских программах, в том числе в программах, координируемых Международной ассоциацией по мерзлотоведению, The Global Terrestrial Network for Permafrost (GTN-P), Thermal State of Permafrost (TSP), Circumpolar Active Layer Monitoring (CALM), Arctic Coastal Dynamics.