微电子学系重视开展国际学术交流与技术合作，和国外及港台地区众多知名高校、研究所及公司建立了良好的合作关系。微电子学系是北京大学-斯坦福大学及北京大学-加州大学校洛杉矶分校际合作的重要成员，同时与美国加州大学伯克利分校、美国康奈尔大学、美国国家标准研究院、英国伦敦纳米中心、伦敦大学学院、Surrey大学、日本东京工业大学、新加坡微电子研究中心、新加坡国立大学、台湾工研院、台湾交通大学、香港科技大学等展开了具体的项目合作和学术交流。此外，每年邀请海外专家来系访问交流，同时也派出教师到国外进修、参加学术会议。著名华裔科学家Ernest Kuh（美国国家工程科学院院士）、Chenming Hu（美国国家工程科学院院士）、Ping K. Ko、Paul K. Chu、H.-S. Philip Wong是我所的名誉教授或兼职教授，并设立了Chenming Hu和Paul K. Chu奖学金。

和业界合作方面，先后建立了北京大学-摩托罗拉半导体联合实验室、北京大学-安捷伦科技SOC测试教育中心与工程中心、北京大学-ADI公司联合实验室，并与美国Intel公司、美国Motorola公司、韩国三星公司、日本富士通公司、ASTRI等多家单位开展了合作项目研究，取得了一系列高水平成果。多个公司也先后在微电子学系设立了专门的奖学金来支持本系优秀的研究生和博士生的学习与研究，包括：东京电子奖学金、Intel 奖学金、泰瑞达奖学金、LamResearch 奖学金、EAS奖学金和美新奖学金等。同时，北京大学微电子学系还是IEEE-EDS（电气电子工程师协会电子器件学会）北京分部的所在地。