Die PTB kooperiert in vielfältiger Weise im Bereich Forschung und Lehre mit nationalen wie internationalen Hochschulen. Gemeinsam mit den Partneruniversitäten werden studentische Arbeiten (Studien-, Bachelor-, Master-Arbeiten, Praxissemester) auf dem weiten Tätigkeitsfeld der PTB vergeben. So können die Mitarbeiter von morgen das Arbeitsgebiet der Metrologie im weitesten Sinne bereits in einem sehr frühen Stadium ihrer Karriere kennenlernen und anspruchsvolle Themen bearbeiten.
Genauso wie im Bereich der studentischen Arbeiten bietet die PTB Doktoranden/-innen Forschungsthemen auf vielen Gebieten (z. B. der Physik, der Elektrotechnik, des Maschinenbaus, der Materialforschung, der Chemie, der Mathematik, der Medizinphysik und der Sicherheitstechnik) an, die nach Möglichkeit zur Promotion führen sollen. In der PTB arbeiten mehr als 150 Doktoranden/-innen und tragen mit ihren Arbeiten entscheidend zum metrologischen Fortschritt und damit zum Erfolg der PTB bei. Ihre universitären Promotionsbetreuer sind an über 30 Universitäten im In- und Ausland tätig. Mehr als 20 PTB-Mitarbeiter geben ihr Wissen im Rahmen von Lehrtätigkeiten, darunter auch als gemeinsam Berufene, an Universitäten und Fachhochschulen weiter.
Neben zahlreichen gemeinsamen Arbeiten in nationalen und europäischen Forschungsprojekten gibt es verschiedene, breiter angelegte und längerfristige Forschungskooperationen. So arbeiten beispielsweise im Rahmen der "Niedersächsischen Arbeitsgemeinschaft Akustik" (NAGA) PTB, TU Braunschweig, TU Clausthal, LU Hannover und DLR in Forschung und Lehre auf dem Gebiet der Akustik und Dynamik zusammen.