国际项目是水资源所与国外相关机构和部门开展合作交流的重要形式，也是水资源所国际合作的重要成果。近年来，随着国际合作的深入，水资源所参与国际项目合作研究、承担国际科技服务日益普遍，国际项目的开展，不仅促进了水资源所科研水平的提升，也推动了水资源所与国际接轨，扩大了水资源所的国际影响力。

20世纪80年代，随着改革开放的推进和水资源所的恢复重建，国际项目工作逐步开启，合作的对象重点面向当时科技水平更加领先的欧美等发达国家以及联合国机构等相关国际组织。1988年，由亚洲开发银行资助的“改进灌溉管理与费用回收”项目是水资源所参与的第一个国际合作项目，叶永毅担任中方专家组组长。该项目通过调查研究我国6个代表性灌区的灌溉管理、农业生产和水费征收现状，并结合国外管理经验提出了今后的改进意见和方法，提出的灌溉水费标准、水价定价原则与方法也成为中国灌溉经济方面的重要依据。1991—1992年，水资源所承担了亚洲开发银行赠款项目“海南岛北部水资源开发利用”，与日本工营公司合作，厘清水资源现状、开发潜力以及近期和远期的用水需求，构建数学模型对水资源开发方案进行筛选，受到了亚行官员的好评，为海南北部地区水资源的开发做出了贡献，同时也为后续的国际项目积累了经验。1991—1993年，水资源所承担了UNDP捐赠的技术援助项目“华北水资源管理研究”，是UNDP在此之前援助中国的最大的软科学项目，该项研究首次构建了“华北宏观经济多目标水资源规划模型”，该模型后来在新疆等多地应用并取得良好效果。项目成立了以陈志恺为组长的中方专家组，克服了工作条件复杂、难度大等困难，协调承担任务的地方部门之间的关系，组织了与外国专家的对话，举办了技术培训，扭转了中方的被动局面，受到了联合国官员及专家们的高度评价，也受到国家科委、经贸部及水利部领导的赞扬。1994年，水资源所承担了UNDP捐赠的技术援助项目“中国水行业评价（贵州）”。1994—1995年，水资源所承担了UNDP和联合国环境规划署（United Nations Environment Programme, UNEP）的技术援助项目“新疆北部地区水资源总体规划”。1995—1997年，水资源所承担了UNDP和荷兰政府联合资助项目“支持黄河三角洲可持续发展”，推动解决了一批区域性水资源综合规划问题。

从20世纪90年代中期开始，水资源所承担的国际项目类型也进一步拓展，国际项目可分为三大类：国际组织机构资助类项目、政府间科技合作项目和市场类项目。通过这些项目，水资源所与国际同行的联系逐步打开局面。