בשנת 2012 נחתם הסכם לשיתוף פעולה לקיום סדנאות משותפות לחוקרים צעירים במסגרת תכנית קאוולי לחוקרים צעירים (Kavli Frontiers of Science). לפי התכנית מתקיימים כינוסים בין-תחומיים במדעי הטבע בהשתתפות מדענים צעירים מצטיינים מישראל ומארצות הברית. הכינוסים מתקיימים אחת לשנתיים בישראל ובארצות הברית, לסירוגין. מטרת הכינוסים היא לעודד חילופי רעיונות בין־תחומיים ולהעניק לחוקרים הזדמנויות ליצירת קשר, להפריה הדדית ולכינון שיתופי פעולה. הכינוס האחרון בסדרה התקיים בירושלים בספטמבר 2019. בראש המיזם עומד מטעם האקדמיה סגן הנשיאה פרופ' דוד הראל.

 

בשנת 2019 נחתם הסכם היסטורי לשיתוף פעולה מדעי בין האקדמיות. את ההסכם יזמו נשיאת האקדמיה פרופ' נילי כהן ועמיתתה האמריקאית ד"ר מרשה מק'נאט (Dr. Marcia McNutt), וחתימתו הייתה במעמד נשיא המדינה מר ראובן (רובי) ריבלין.

 

לפי ההסכם יתקיים כינוס מדעי דו-לאומי שנתי בישראל ובארצות הברית, לסירוגין, בהשתתפות מדענים בכירים משתי המדינות. כמו כן ההסכם מסדיר חילופי ביקורים שנתיים של חוקרים מן השורה הראשונה. ההסכם לשיתוף פעולה, שנחתם לתקופה של חמש שנים – עד לסוף שנת 2023 – ימומש בתמיכתה של קרן משפחת בלווטניק. הכינוס הראשון לפי ההסכם התקיים בחודש ספטמבר 2019 בנושא מדעי המחשב. 

 

 

במאי 2022 נפגש נשיא האקדמיה פרופ' דוד הראל עם נשיאת האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית (NAS), ד"ר מרשה מקנאט, בבית האקדמיה בוושינגטון הבירה. השניים שוחחו על הקשרים בין האקדמיות ועל שיתופי פעולה עתידיים. 

 

ב-11–12 באוקטובר 2023 התקיימה בהאלה (Halle) שבגרמניה סדנה היברידית משותפת לאקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, לאקדמיה הלאומית הגרמנית למדעים – לאופולדינה ולאקדמיה האמריקאית למדעים, בנושא Energy Solutions: Research and Industry-Related Developments in Energy Production, Storage, Conversion, Transmission and Distribution.