IMDEA-materiales está abierta a establecer colaboraciones con empresas, universidades, centros de investigación y otras instituciones con el fin de alcanzar los objetivos del Instituto. Se usan diferentes formulas para formalizar la cooperación, dependiendo del tipo y duración de la colaboración. Estas incluyen contratos de investigación, colaboración en proyectos consorciados financiados con fondos públicos o privados o por instituciones que participan en la investigación, creación de cátedras para llevar a cabo investigación en áreas específicas, etc.
Además, el compromiso de IMDEA-materiales a fomentar el crecimiento social y económico a través de la investigación de excelencia en la región de Madrid ha conducido a la firma de un convenio de colaboración a largo plazo con la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Estos convenios establecen los criterios para compartir personal científico e infraestructuras de investigación entre instituciones, participación de los investigadores de IMDEA-materiales en programas universitarios de postgrado, creación de unidades de investigación conjuntas, participación en proyectos de investigación, etc.
Finalmente, IMDEA-materiales también ha establecido alianzas estratégicas con las empresas pertenecientes al Patronato (Industria de Turbopropulsores, Antolín, Gamesa, Airbus Operations y Aries-Complex). Estas empresas, además de participar en la toma de decisiones del Instituto, son socios estratégicos de la Fundación en el desarrollo conjunto de líneas de investigación de interés común.