Подавляющее большинство научно-исследовательской работы, выполняемой на кафедре теоретической физики студентами и сотрудниками, проходит в рамках тесного внутри университетского, межвузовского и международного сотрудничества. Лучшие студенты и аспиранты кафедры направляются на стажировки в ведущие научные центры России, Германии, Франции, США и других стран.
Многие аспиранты кафедры осуществляют подготовку научных работ в зарубежных научных центрах, что позволяет одновременно защитить диссертации в России и за рубежом.
Выпускники и сотрудники кафедры успешно ведут совместные исследования с зарубежными коллективами по всем направлениям деятельности кафедры.
Правительством Пермского края в 2012–2014 гг. были поддержаны проекты Международных исследовательских групп под руководством сотрудников кафедры:
• «Разработка научных основ технологии высокоинтенсивной флотации минерального сырья и повышения эффективности обогащения руд верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей» (руководители: Д.В. Любимов, Т.П. Любимова)
• «Течения и тепломассообмен в многокомпонентных и околокритических жидкостях при наличии вибраций. Моделирование, подготовка и проведение экспериментов на Международной Космической Станции» (руководитель Т.П. Любимова)
В настоящее время Правительство Пермского края поддерживает проекты трех Международных исследовательских групп, выполняемых под руководством и при участии сотрудников кафедры:
• «Разработка новой технологии флотационного обогащения сильвинитовых руд верхнекамского месторождения» (руководители: Т.П. Любимова, Ю.К. Братухин, Б. Ру)
• «Тепломассообмен в многокомпонентных и многофазных средах. От экспериментов в космосе к земным технологиям» (руководители: Т.П. Любимова, Д. Бейсенс)
• «Экспериментальное и теоретическое изучение физических свойств новых магнитных наноматериалов» (руководители: В.К. Хеннер, Г. Суманасекера).
В число научных центров, с которыми активно сотрудничает кафедра теоретической физики, входят следующие институты и университеты:
• Институт механики сплошных сред УрО РАН (Пермь)
• Горный институт УрО РАН (Пермь)
• Пермский государственный медицинский университет (Пермь)
• Институт математики и механики УрО РАН (Екатеринбург)
•
Томский государственный национальный исследовательский университет (Томск)
• Технион – Израильский технологический институт (Хайфа, Израиль)
• Средиземноморский университет Экс-Марсель (Марсель, Франция)
• Национальный политехнический институт Лотарингии (Нанси, Франция)
• Высшая школа технической физики и химии (Париж, Франция)
• Свободный университет Брюсселя (Брюссель, Бельгия)
• Университет Лестера (Лестер, Великобритания)
• Университет Луисвилля (Луисвилль, штат Кентукки, США)
• Университет Мичигана – Дирборн (Дирборн, штат Мичиган, США)
• Высшая школа технической физики и химии (Париж, Франция)и многие другие.