Sendo a meteorologia uma ciência em que a cooperação é essencial não só na área do desenvolvimento técnico-cientìfico, mas essencialmente na área das operações, o IM coopera com os outros SMN a nível internacional através da Organização Meteorológica Mundial (OMM) e a nível regional através das organizações, centros e agências que constituem a Infra-estrutura Meteorológica Europeia (EUMETNET, ECMWF, EUMETSAT, ECOMET).

Dada a especial ligação que existe com os restantes Países de Língua Oficial Portuguesa (PLOPs) designadamente nas áreas da formação, das operações e do desenvolvimento, o IM mantém com os Serviços de Meteorologia dos PLOPs uma forte cooperação quer através de actividades bilaterais quer através da CRIA – Agência dos Países de Língua Portuguesa para o Clima e Respectivas Implicações Ambientais.

O IM mantém estreita cooperação com a AEMet (Agência Estatal de Meteorologia de Espanha) no âmbito bilateral quer no âmbito dos países ibero-americanos. Laços de Cooperação foram também estabelecidos com a China na sequência da transição do Território de Macau para que se traduzam em troca de experiências e actividades de cooperação que são periodicamente analisadas em reuniões conjuntas China, Macau-China e Portugal.

No âmbito das suas actividades o IM coopera, a nível nacional, com outras entidades públicas e privadas, designadamente a Agência Nacional de Protecção Civil, a Agência Portuguesa do Ambiente, o Instituto da Água, o Instituto Hidrográfico e outros Laboratórios de Estado. A nível internacional, o IM coopera em organizações com objectivos afins, tais como o ISDR, IPPC, UGGI, entre outras.