El CIEMAT ha sido y es una de las instituciones españolas que más activamente ha gestionado y coordinado la colaboración con el OIEA desde la adhesión de España a este organismo. Su aportación se ha desarrollado en distintas actividades relacionadas con la tecnología nuclear en sus distintos campos: seguridad nuclear y protección radiológica, medicina nuclear y salud humana, aplicaciones de isótopos a la agricultura y alimentación, hidrología isotópica, formación, etc.
El CIEMAT es el Centro español encargado de la coordinación de las becas y visitas científicas del OIEA en España. Anualmente se gestionan más de 50 estancias de profesionales de países en vías de desarrollo, especialmente latinoamericanos, en instituciones españolas como hospitales, universidades y el CIEMAT, que acoge aproximadamente la mitad de las mismas.
El OIEA también ofrece a los investigadores españoles la participación en misiones de experto y proyectos de investigación o cooperación técnica, haciendo el CIEMAT de enlace entre los participantes y la Misión Permanente de España ante el OIEA.
El CIEMAT es el representante nacional en el proyecto del OIEA International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO) en el que participan una veintena de países.