O ITA interage com dezenas de Universidades, Institutos de Pesquisa e Empresas, nacionais e internacionais, por meio de acordos de cooperação em ensino e pesquisa, convênios de intercâmbio e relacionamentos profissionais entre docentes e pesquisadores.
Os acordos de cooperação acadêmica possibilitam que os alunos do ITA realizem estágio ou parte do curso no exterior, e que o ITA receba estudantes de outras instituições. Entre outros, podemos destacar a CAPES e o CNPq como parceiros nessas iniciativas através do programas Ciência sem Fronteiras, bolsas de doutorado-sanduíche e bolsas de pós-doutorado.
Além disso, os acordos propiciam uma rede de intercâmbio de pesquisadores e docentes, realizando pesquisas conjuntas e oportunidades de pós-doutorado. Os convênios de cooperação são coordenados pela Pró-Reitoria de Extensão e Cooperação.