Il existe la possibilité pour les doctorants de toutes les spécialités, de réaliser leur thèse dans deux pays. Après signature d'une convention entre deux établissements de deux pays différents, la thèse est réalisée pour partie dans le premier pays, pour partie dans l'autre. Le doctorant est alors dirigé conjointement par deux directeurs de thèse. Lorsque les langues des deux pays sont différentes, plusieurs modes de soutenance et de rédaction sont possibles selon les usages conventionnels définis entre les deux établissements en fonction des éventuelles contraintes juridiques locales: il est possible de rédiger le mémoire de thèse dans une langue et un résumé long dans la seconde langue, de rédiger deux mémoires chacun dans une langue, ou encore un unique mémoire dans une langue tierce (l'anglais pour une thèse franco-indienne par exemple). La soutenance, le plus souvent unique, a lieu selon les mêmes principes, en adoptant les usages de l'un ou l'autre des deux systèmes (par exemple soutenance à huis clos au Royaume-Unis ou publique en France) par convention entre les deux établissements.
La principale difficulté pour une cotutelle internationale réside le plus souvent dans le choix d'un mode de rédaction et de présentation compatible avec deux systèmes juridiques. La cotutelle permet à la fois les échanges entre les laboratoires et facultés de plusieurs pays et la mobilité des chercheurs. Elle permet aussi au jeune docteur de faire reconnaître son travail dans deux pays.