APAT mantiene contatti con numerosi Organismi ed Istituzioni Ambientali Internazionali, al fine di perseguire i propri compiti istituzionali e fornire supporto tecnico al Ministero dell'Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare. L’Agenzia promuove pertanto il rafforzamento della presenza del Sistema Agenziale Italiano nei contesti di cooperazione internazionale nei quali sono presenti analoghe agenzie o istituzioni internazionali, con particolare riguardo all’area Mediterranea e Medio Orientale, ai Balcani e ai paesi di nuova accessione alla UE, tramite la diffusione delle opportunità e modalità di partecipazione a programmi di collaborazione tecnica internazionale, di carattere inter-settoriale, della Commissione Europea e delle Agenzie delle Nazioni Unite.
Di recente APAT si è attivata anche sul piano del rafforzamento della cooperazione tra le agenzie ambientali dell’Europa allargata, promovendo un dialogo di alto profilo sulle sfide operative di ciascun organismo nell’attuazione delle politiche ambientali all’interno delle rispettive nazioni: infatti APAT è membro del network costituito dai Direttori e Presidenti delle Agenzie Europee per la protezione dell’ambiente presieduto dalla EEA (European Environmental Agency).
Su richiesta del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, APAT svolge funzioni di rappresentanza dello stesso ministero, in riunioni e gruppi di lavoro quali:  Iniziativa Europea sull’Acqua, Commissione Mediterranea per lo Sviluppo Sostenibile, UNEP/MAP, Corrispondenti SMAP della DG Ambiente della UE, Regional Environment Center (REC),  ed inoltre per il GMES (Global Monitoring for Environment and Security) ed il GEO (Group on Earth Observation).
Su designazione del Ministero dell'ambiente è inoltre “focal point” nazionale dei Centri di Attività Regionale dell’UNEP-MAP “Plan Bleu” e “Cleaner Production”, assicurando, su richiesta, supporto tecnico-scientifico alle attività da loro promosse, nonché partecipando ai comitati ad hoc per la revisione e diffusione dei rapporti prodotti da questi centri.
Il supporto tecnico al MATT è fornito anche nella preparazione e attuazione di accordi bilaterali, per la definizione e sviluppo di progetti specifici e per le apposite sinergie con altri programmi internazionali.