Факультет тісно співпрацює та здійснює обмін студентами з науковими та навчальними закладами Росії, Словенії, Англії, Німеччини та Мексики, Вищою школою телекомунікацій (м. Париж, Франція), Технічним університетом (м. Грац, Австрія), Орегонським університетом науки і здоров’я (США).

Факультет підтримує активні наукові контакти з провідними європейськими центрами теоретичної фізики: ОІЯД (м. Дубна, Росія), Інститутом фізики твердого тіла РАН (м. Черноголовка, Росія), Фізичним інститутом ім. П. М. Лебедєва Російської АН (м. Москва), ЦЕРН (м. Женева, Швейцарія), Міжнародним центром теоретичної фізики (м. Мірама-ре-Трієст, Італія), Університетом м. Гвелф (Канада), Інститутом фізичної хімії Польської академії наук (м. Варшава), Педагогічним університетом м. Краків.

Зокрема, згідно з договором про спільне навчання в Дніпропетровському національному університеті ім. Олеся Гончара (ДНУ) та в Педагогічному університеті ім. Комісії національної освіти в Кракові (ПУ) проводиться підготовка магістрів за спеціалізацією «Твердотільна оптоелектроніка». Навчання проводиться як на стаціонарному відділенні математично-фізично-технічного факультету ПУ (спеціальність «Оптоелектроніка»), так і на кафедрі фізики твердого тіла та оптоелектроніки ДНУ (спеціальності «105 Прикладна фізика та наноматеріали» та/або «104 Фізика та астрономія»). За навчальним планом для проходження частини навчання студенти виїжджають із вітчизняного університету до партнерського закладу. Передбачається також можливість дистанційного викладання дисциплін співробітниками партнерських університетів із залученням Інтернет- технологій. По закінченні навчання видаються два магістерських дипломи державних університетів України та Польщі.