新奥能源研究院作为新奥集团在能源领域技术创新的核心驱动力，专注于现代能源体系技术研发和应用示范，现已搭建了包括全球多所知名高校、科研院所和专家顾问在内的能源技术联盟生态圈，共同解决全球面临的能源与环境问题。
2017年3月，新奥能源研究院与国家电投集团中央研究院签订战略合作协议。双方将在氢能混合天然气技术研发、高效太阳能电池研发及产业化、配售电市场拓展等清洁能源推广利用领域开展长期合作。双方各自发挥在相关领域的平台优势，以加速技术研发和市场培育，推动清洁能源技术的产业化。
2015年9月，新奥能源研究院与东方电气集团建立了技术合作战略伙伴关系，共同推进双方在新能源领域的技术进步、产品开发与科研成果转化。目前双方正在燃料电池技术、储能技术及其他新能源技术领域开展深入的技术合作。
自2016年起，新奥能源研究院与青岛海尔智能技术研发有限公司在技术寻源方面开展了密切合作。新奥充分利用海尔HOPE平台的资源优势，扩展技术合作渠道，加快研发进程。
2016年7月，由新奥科技发展有限公司领衔，联合日本株式会社日建设计、河北奥润顺达窗业有限公司、阿自倍尔株式会社、中国建筑科学研究院、北京大学工学院、新绎健康研究院等国内外优秀企业、高校和科研院所共同发起成立了“宜居城市与智慧能源联盟”。联盟围绕智慧城市在发展中所面临的生态、能源和环境方面的核心问题，积极推动先进技术在智慧能源、生态建筑、社区环境及数字支持等领域的应用，构建技术研发及产业合作发展平台，为城市、园区、企业及家庭等客户提供更加生态化、智能化的解决方案。
新奥能源研究院与北京大学工学院于2015年建立了战略合作伙伴关系，通过学术研讨、参观交流、培训、实习等多种途径，加深双方了解，密切联盟关系，并依托研发项目的深入合作，实现企业资本、管理资源与高校人才、技术资源的有效对接，打造互惠互利、共创共享的双赢格局。迄今双方已在泛能网、新材料、储能、环保及生物医药等多个领域累计开展了18项合作。
新奥能源研究院作为MITEI（麻省理工学院能源倡议项目）的会员，在低碳能源中心与业界其他企业开展合作项目与交流。在二氧化碳利用、新型储能技术等领域开展多次交流，合作有铝离子电池技术项目。
新奥能源研究院与清华大学在材料加工成型、新材料研发、建筑节能技术、工艺计算模拟等多个领域开展有技术合作项目。
新奥能源研究院与天津大学战略合作包括项目合作与人才培养，在化工技术、煤气化技术等领域开展技术合作，培养博士生人才超过20人。
新奥自2015年起向加州大学洛杉矶分校（UCLA）提供技术研发资金支持，资助领域包括石墨烯、甲烷转化等。
新奥长期与中科院下设多个院所保持合作关系，包括与青岛生物能源与过程研究所共同开发了能源微藻培养反应器，与中科院金属所开展了超临界水氧化环境中耐腐蚀材料工程化研发的合作项目。
