与法国 Servier 公司的合作 ：1997年，药物所与法国最大的独立制药集团施维雅(Servier)公司开始在药物筛选及治疗糖尿病新药发现方面进行合作研究。在十年合作基础上，2007年9月双方签署了共建药物所-施维雅联合研发中心的协议，双方在中枢神经系统新型靶点和功能确认、先导化合物发现以及神经精神、肿瘤、糖尿病等疾病的新药研究领域积极开展项目合作。2012年2月，双方决定进一步加强战略合作，引进施维雅先进技术平台，共建“早期药物代谢和毒性评价”联合实验室。项目实施引入国际药物研发新理念，用新技术平台为研究所“出新药”服务。

与瑞士 Actelion (爱泰隆) 公司的合作：1999年9月，药物所与瑞士爱泰隆(Actelion)公司共建了联合室，并在我国首次运用遥测（Telemetry）技术开展实验研究。联合实验室成功地建立了心血管系统（高血压、心肌梗塞、慢性心衰等）、急慢性肾衰和糖尿病肾病等动物模型，并掌握了动物体内实验技术。 2007年12月，在八年成功合作的基础上，双方就基于神经系统疾病新靶点的探索性项目合作进行了多轮商讨，确定联合实验室将扩大规模并继续运行到2017年。2010年7月，建成了全新应用遥测技术的安全药理实验室，并在基于抗肿瘤药物新靶点的创新药物研究领域开展合作研究。

与英国AstraZeneca（阿斯利康）公司的合作：2007年3月，药物所与全球大型制药企业阿斯利康(AstraZeneca)公司签署了为期十年的“药物安全评价战略联盟”合作协议。2010年7月，双方合作的“药物安全评价战略联盟”实验设施完成建设并投入使用。实验室面向全球公开招聘关键技术岗位人员，并通过国内外多层次、多渠道的培训，大大提升了员工的技术水平。2011年5月动物设施整体通过国际实验动物评估和认可委员会（AAALAC）认证。2012年3月，药物安全性评价研究中心通过了OECD的GLP资格认证，成为国内首个一次通过多国GLP认证的药物安全性评价技术平台，成为该合作项目的又一个里程碑式的重大成果，也是药物所迈向以国际先进水平打造新药研发平台的一个重要标志。

与丹麦Novo Nordisk（诺和诺德）公司的合作： 2008年4月，经过与丹麦诺和诺德（Novo Nordisk）公司一年多的交流沟通，药物所以强有力的研发实力，说服其以捐赠的方式开展合作。由药物所牵头，以诺和诺德捐赠存量50万个化合物的样品库和部分自动化设备为基础，由国家新药筛选中心、上海张江生物医药基地开发有限公司、世界卫生组织和诺和诺德公司共建包含天然产物及合成化合物在内占地6000多平方米的化合物样品库。2012年建成国家化合物样品库，现化合物样品储量91.3万个，具有结构多样化、存储专业化、管理集中化、信息系统化和质控标准化等特点，是亚洲国家非盈利机构拥有的最大化合物库之一。