Университет занимает лидирующее положение среди вузов РФ по объемам НИОКР
и зарубежных контрактов. В ТПУ работает 14 международных лабораторий и Центр RASA (Russian-speaking Academic Science Association). Подразделения возглавляют ведущие российские и зарубежные ученые.

ТПУ является участником:

• Cетевого университета БРИКС в составе Международной тематической группы «Водные ресурсы и борьба с их загрязнением»;
• Ассоциации ведущих европейских университетов в области инженерного образования и исследований CESAER в составе группы «Ответственные исследования и инновации» (Responsible Research and Innovation, RRI);
• Консорциума ведущих европейских и азиатских технических университетов CLUSTER в составе комитета по коммуникациям и в работах по проекту по предпринимательству E4TU;
• Крупнейших коллабораций ЦЕРНа – CMS и LHCb, RD51, а также коллаборациях NA64 и COMPASS на суперпротонном синхротроне (SPS).

• По заказу ЦЕРНа ученые ТПУ с зарубежными коллегами разрабатывают новейшие методы диагностики и управления пучком протонов Большого адронного коллайдера, проводят анализ алмазных детекторов. Разработаны и поставлены в ЦЕРН первые детали рельсовой системы трекового детектора LHCb. Физикам Томского политеха удалось зафиксировать на Большом адронном коллайдере темную материю.
• В экспериментах ЦЕРНа принимают участие ученые Центра RASA, по модернизации системы позиционирования трекового детектора эксперимента LHCb, обработке и анализе больших объемов данных в эксперименте CMS, обработке данных, полученных на тестовых испытаниях эксперимента Р348 и др.
• Вместе с зарубежными коллегами во главе с Френсисом Верпоортом, профессором Университета Гента (Бельгия) и Уханьского технологического университета (Китай), создан полимер, который сохраняет свою прочность даже при крайне низких температурах, например, в экстремальных условиях Арктики. На его основе можно получать различные композиционные материалы, например, для деталей корпусов различной техники, элементов метеостанций и даже подводных аппаратов.
• В рамках договора с VOLKSWAGEN STIFTUNG профессор Олег Уленеков совместно с учеными из Германии и Украины проводят лабораторные и теоретические исследования по теме «Соединения серы в астрохимии и астробиологии».
• В рамках контракта со швейцарской компанией SwissGeoPower прошел первый этап испытаний электроразрядной буровой установки, использование которой позволит значительно снизить затраты на бурение крепких пород. Швейцарские коллеги намерены использовать установку для получения энергии из геотермальных источников на больших глубинах (шесть-восемь тысяч метров), которую, планируется использовать для отопления и освещения.

• Разработка перспективной системы магнитной фильтрации для промышленных смазочных материалов (MAGFIS),
  под руководством профессора Сергея Харламова.
• Ионно-плазменная и электронно-пучковые технологии получения двумерных (2D) подложек и трехмерных (3D) скэффолдов с искусственными клеточными нишами для сосудистых и костных имплантантов (PlasmaNanoSmart),
  под руководством профессора Романа Сурменева.
• Инклюзивные сети радиосвязи для 5G+ (IRACON),
  под руководством профессора Джаякоди Арачшиладж Душанта Налин Кумара.
• Разработка образовательной программы в области интеллектуальных энергетических систем в российских
  и вьетнамских вузах (ESSENCE),
  под руководством доцента отделения электроэнергетики и электротехники Антона Прохорова.

• «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий» (руководитель – Игорь Семилетов, США). Организована полномасштабная арктическая экспедиция по маршруту протяженностью около 2 тыс. км, выполненному в среднем-нижнем течении реки Лена и прилегающей к ее дельте береговой зоне губы Буор-Хая (море Лаптевых). Работы были направлены на выявление особенностей трансформации состава водного и твердого стока реки Лена, интенсивности эмиссии метана и углекислого газа в процессе водной миграции к арктическому шельфу. В рамках экспедиционных работ проводились изотопные исследования (отбор проб для определения стабильных изотопов СН4, 13С, 14С в воде и атмосфере; изотопов радия и радона в воде) и регистрация особенностей рельефа дна и пузырькового переноса. Особое внимание уделялось выявлению районов разгрузки подмерзлотных грунтовых вод в прибрежной зоне моря Лаптевых. Также определялись содержания растворенного СН4 и СО2, изучались гидрохимические характеристики водной толщи.
• «Оценка и улучшение социального, экономического и эмоционального благополучия пожилых людей» (руководитель – Фабио Касати, Италия). Разработана методология и социологический инструментарий (анкеты) для измерения представлений о потенциале социального взаимодействия в рамках оценки временных перспектив будущего, факторов одиночества и социальной изоляции пожилых людей, взаимодействия между поколениями. Проведено полевое социологическое исследование при участии 590 респондентов. Накоплен архив эмпирических данных, содержащий результаты 3 социологических исследований, проведенных в 2015-2017 гг. Банк данных имеет доступ к созданной ранее в рамках реализации проекта программе для ЭВМ «Управляющая программа базой данных показателей благополучия пожилых людей». Разработаны рекомендации по повышению эффективности социальной политики в отношении пожилых людей.