“大科学”是国际科技界近年来提出的新概念，目前尚无统一的定义，但就其研究特点来看，主要表现为：投资强度大、多学科交叉、需要昂贵且复杂的实验设备、研究目标宏大等。根据大型装置和项目目标的特点，我们可以将大科学研究分为两类，第一类是需要巨额投资建造、运行和维护大型研究设施的“工程式”的大科学研究，又称“大科学工程”，其中包括预研、设计、建设、运行、维护等一系列研究开发活动。如国际空间站计划、欧洲核子研究中心的大型强子对撞机计划(LHC)、Cassini卫星探测计划、Gemini望远镜计划等，这些大型设备是许多学科领域开展创新研究不可缺少的技术和手段支撑。同时，大科学工程本身又是科学技术高度发展的综合体现，是各国科技实力的重要标志。第二类是需要跨学科合作的大规模、大尺度的前沿性科学研究项目，通常是围绕一个总体研究目标，由众多科学家有组织、有分工、有协作、相对分散开展研究，如人类基因图谱研究、全球变化研究等即属于这类“分布式”的大科学研究。
从运行模式来看，大科学研究国际合作主要分为三个层次：科学家个人之间的合作、科研机构或大学之间的对等合作(一般有协议书)、政府间的合作(有国家级协议，如国际热核聚变实验研究ITER、欧洲核子研究中心的强子对撞机LHC等)。其中，各国政府组织的大科学研究国际合作占主导地位。其合作方式主要有：人员互访、专题研讨会、代培研究生、学术进修、合作研究、技术转移、设备维护与运行等，其中，合作研究与专题研讨受到更多重视。
随着基础研究在科学前沿全方位拓展以及在微观和宇观层面的深入发展，许多科学问题的范围、规模、成本和复杂性远远超出一个国家的能力，必须开展双边和多边的科技合作，组织或参与国际大科学研究计划以及耗资巨大的大科学工程成为进入国际科学前沿和提高本国基础研究实力和水平的重要途径。
90年代以来，各国政府和国际性组织在各科学领域组织实施的具有代表性的大科学国际合作研究计划大约有51项，我国作为合作成员参加的约有21项，占总数的41.2%，主要集中在全球变化、生态、环境、生物和地学领域，并且大多以发达国家为主。在核聚变、空间科学与空间天文学、地面天文学领域的大科学国际合作计划中，我国的参与存在空白。在高能物理与核物理领域，以参加CERN的LHC计划合作建造两个探测器为标志，表明我国在参与高能物理领域重大国际合作研究计划方面有了一个良好的开端。
