热林中心先后与德国、美国、加拿大、柬埔寨等国家开展了一系列的合作研究，在珍贵树种大径材培育和多功能近自然森林经营、热带退化森林恢复等方面，取得重要成果。
从2009年开始，围绕珍贵树种大径材培育和多功能近自然森林经营，热林中心和德国佛莱堡大学持续在森林可持续经营和珍贵树种大径材培育方面开展国际合作研究，经过20多年的科学研究和探索，项目研究成果“南方典型森林生态系统多功能经营关键技术与应用”获国家科技进步二等奖，并在南方多省区大面积推广应用，引领了森林经营技术的转型，为我国南方森林质量精准提升、林业高质量发展和应对气候变化国际履约提供了强有力的科技支撑。
2016年，国家林业局将中国林科院热带林业实验中心列为中美森林健康经营合作试点示范单位。开展了“提高亚热带人工林生态服务功能的可持续发展的模式和技术研究”，构建了我国亚热带人工林碳增汇、减排的经营管理技术体系，为我国“双碳”目标的实现、森林可持续经营、林业应对气候变化提供科技支撑。
借助毗邻东盟国家的地理优势，与亚太森林组织、越南、柬埔寨、老挝等东盟国家和组织共同架构起林业合作桥梁，开展了一系列林业合作。
2013年至2017年间，与越南北疆农林大学合作完成了国家林业局948项目“热带短日照光周期白花泡桐育种材料杂交技术引进”项目。2018年-2022年，与柬埔寨皇家林业局森林野生动植物研究所共同承担并实施了亚太森林组织-APFNet项目“基于补植固氮珍贵树种和疏伐相结合的退化森林改造和可持续经营”。2015年与亚太森林组织合作编著了《Transforming China’s Forests》，总结提炼了“珍贵树种大径材培育”“退化次生林恢复与重建”“桉树人工林高效混交”等8个近自然化改造的模式和案例，为亚太地区国家提供参考和借鉴。
