按照建立“开放、流动、竞争、协作”运行机制的要求，加强国际合作与交流，努力开拓国际水利科技市场，扩大了南科院的影响和对外开放。南京水科院先后与国外境外的80多所大学、科研单位等建立了互访、交流、科技合作关系。

2002年，聘请了美国工程院院士、亚利桑那大学土木系S.P.Neuman教授和荷兰公共工程与事业部水工所所长K.W.Pilarczyk教授担任院的名誉教授。2003年，又聘请了日本大学K. Takeuchi校长、德国慕尼黑工业大学A.Keller教授、美国密西西比大学王书益教授、加拿大工程院院士D.G. Fredlund教授、美国陆军工程师团刘桢业教授、加拿大卑诗省水电工程局楼渐逵博士等为院国外特聘荣誉教授。每年来院讲学、访问交流的国外境外学者平均达100余人次。2004年，经过激烈竞争，刘恒副院长当选为国际水文计划政府间理事会副主席，实现了我国水利科技人才进入联合国系统高层科技组织决策层的重要突破。

至2007年，南科院有1位教授担任联合国世界气象组织水文委员会执委、国际水文科学协会中国国家委员会主席（张建云教授），有1位教授担任联合国教科文组织国际水文计划副主席、联合国教科文组织水教育学院董事（刘恒教授），有多位科技人员分别在国际大坝委员会、国际土工合成材料学会、国际水资源协会、国际水力学研究协会、国际土力学与基础工程学会、国际灌溉排水委员会、国际海岸岩土工程学组、国际预应力协会、国际近海极地工程学会、国际土力学与岩土工程学会、国际原子能机构等担任委员（或会员）。南科院还是国际水力学研究协会的单位会员和联合国开发计划署亚太地区小水电中心的主管单位。