คณะทันตแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล มีความร่วมมือ ภายใต้สัญญาข้อตกลงความร่วมมือทางวิชากร(MOU) กับสถาบันนานาชาติ จำนวน 23 สถาบัน ในการแลกเปลี่ยนทางการศึกษา และการวิจัย ดังนี้

• Jigme Dorji Wangchuck National Referral Hospital (Bhutan)
• Faculty of Odonto-Stomatology, University of Health Sciences (Cambodia)
• Faculty of Dentistry, International University (Cambodia)
• Chang Gung Health and Culture Village, Chang Gung Medical Foundation (Taiwan R.O.C. China)
• Chang Gung Craniofacial Research Center Chang Gung Medical Foundation (Taiwan R.O.C. China)
• School of Stomatology, Kunming Medical University (PR. China)
• International Medical College (Germany)
• Faculty of Dentistry, University of Hong Kong (Hong Kong SAR)
• Faculty of Dentistry, University of Indonesia (Indonesia)
• Faculty of Dentistry, Graduate School, Tokyo Medical and Dental University (Japan)
• The Nippon Dental University, School of Life Dentistry, Tokyo and Niigata (Japan)
• Faculty of Dentistry, Hiroshima University (Japan)
• Faculty of Dentistry, Okayama University (Japan)
• School of Dentistry, Osaka University (Japan)
• College of Dentistry, Yonsei University (Korea)
• University of Health Sciences, Faculty of Dentistry (Lao PDR)
• Faculty of Odonto-Stomatology, University of Medical Sciences, Ho Chi Minh City (Vietnam)
• Hanoi Medical University, School of Odonto-Stomatology, Hanoi City (Vietnam)
• Faculty of Dentistry, Can Tho University of Medicine and Pharmacy, Can Tho City (Vietnam)
• Lutheran Medical Center (USA)
• Tufts University School of Dental Medicine (USA)
• University of Pennsylvania School of Dental Medicine (USA)
• Indiana University School of Dentistry (USA)

อีกทั้งเป็นสมาชิกของ South-East Asia Association for Dental Education (SEAADE) และเป็นสถาบันแห่งเดียวในประเทศไทย ที่ได้รับการประเมินโดย SEAADE Peer Review and Consultation Visitation ในปี พ.ศ. 2550

รวมถึงเป็นสมาชิกของ International Association for Dental Research (IADR) เพื่อดำเนินโครงการและร่วมประชุมระดับนานาชาติกับประเทศสมาชิกในทุก ๆ ปี พร้อมทั้งทำหน้าที่เป็นสำนักเลขาธิการของศูนย์ความร่วมมือทางทันตแพทย์นานาชาติในแถบลุ่มแม่น้ำโขง International Dental Collaboration of the Mekong River Region (IDCMR) ซึ่งมีสมาชิกเครือ

ข่ายจากสถาบันในราชอาณาจักรกัมพูชา สาธารณรัฐประชาชนจีน สาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว สาธารณรัฐสังคมนิยมเวียดนาม สาธารณรัฐอินโดนีเซีย สหภาพพม่า ประเทศมาเลเซีย และประเทศไทย เพื่อส่งเสริมการดูแลสุขภาพช่องปากให้แก่ประชาชนของประเทศในแถบแม่น้ำอิรวดีเจ้าพระยาและลุ่มแม่น้ำโขง

นอกจากนี้ คณะทันตแพทยศาสตร์ยังเป็นสมาชิก WHO NEW-CCET โดยเป็น National Center of Expertise on Dental Education ศูนย์เชี่ยวชาญทางทันตสุขศึกษาแห่งชาติอีกด้วย