連携は筑波大学全学ですが，特に以下のセクターとの協力関係が中心となります。
・生命環境系
・社会工学系

  生命環境系では渡邉信教授の研究室と提携します。渡邉教授の研究室では，藻類から石油を作る藻類バイオマスエネルギーの実用化に関する研究が行われています。藻類バイオマスは，バイオマスエネルギーの中でも食物と競合せず，エネルギー生産能力も極めて高い利点があり，現在は実用化に向け，つくば市の特区制度を活用した屋外培養実験が始まっています。霞ヶ浦のアオコを利用できる可能性も指摘されており，本校生徒にも関心の高いテーマです。

  社会工学系では岡田幸彦准教授の研究室と提携します。岡田准教授の研究室では，企業経営を科学的（現場観察とデータ分析による問題発見）・工学的（モデル化と実証実験による問題解決）にアプローチし，サービス企業や自治体と連携した革新的な“サービス工学”の研究教育を行っています。この方法論は今後の企業経営には欠かせないものであり，本校生徒が新たなビジネスプランを考案する際にも重要な要素となり得ます。本研究開発では，教育効果を評価検証する際にも，社会工学系の“サービス工学”の手法を活用する計画です。

　株式会社筑波銀行の行員の方，シンクタンク職員の方，取引先企業の方などで起業に関わる高い専門性を持つ人材を紹介していただき，外部講師として起業家セミナー等を実施します。内容は起業の知識に偏らず，会社の仕組み，人的ネットワーク構築術，経営の心得など，幅広く取り上げます。また筑波銀行本店の大ホールにおいて生徒による課題研究発表会を行います。発表では起業を意識した提案も含め，実際の起業に結び付くことも期待します。

　平成28年には正式に連携協定書を取り交わすこととし，平成28年10月27日（木），連携協定調印式を開催しました。本協定は，筑波銀行と土浦一高が相互に連携して，双方の起業・教育に係る資源・人材を活用し，豊かな社会づくりに貢献できる人材及び国際的に活躍できるグローバル人材の育成を図ることを目的としています。高校と金融機関が包括協定を結ぶのは県内初となります。今後，協定書に基づき，土浦一高における筑波銀行人材による起業教育プログラムの実施などに対して，いっそう連携・協力を推進していく予定です。調印式当日は，本校において藤川雅海筑波銀行代表取締役頭取，横島義昭本校校長が協定書に署名し，協定を締結しました。藤川頭取は「世界に飛躍するグローバル人材，郷土愛をもってもらえる人材の育成に協力したい」，横島校長は「筑波銀行の協力により，生徒も教員も視野が広がり意欲が増し，文科省からも高い評価を受けた。より一層『グローカル』人材の育成を推進したい」と，今後の連携強化に対する抱負を述べました。

マレーシア工科大学･マレーシア日本国際工学院（Malaysia-Japan International Institute of Technology，略称：MJIIT）を海外大学連携先とします。マレーシア工科大学はマレーシアを代表する工学系大学であり，首都クアラルンプールおよび国内第二の都市ジョホールバルにキャンパスを持っています。クアラルンプールキャンパス内に筑波大学は2013年12月現地オフィスを開設し，藻類エネルギーや水管理を含む環境科学・環境工学・社会工学分野を軸に，マレーシアの各大学・機関と国際連携しながら研究と教育の両面を推進しています。またマレーシア工科大学クアラルンプールキャンパス内にあるMJIITは，2011年９月にASEAN地域での日本型工学教育の拠点として日本とマレーシア政府が共同で設立した学術機関であり，筑波大学をはじめとする日本の２０余りの大学が協力して運営にあたっています。土浦一高では，現地の日本人教員による本校生徒を対象とした講義，課題研究の指導，市内フィールドワークの学生アテンドなどの協力を得る連携関係を構築しています。
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マレーシア工科大学･マレーシア日本国際工学院　HP日本語版

ベルジャヤグループは1984年，不動産投資開発，金融，飲食業，旅行業，ホテルやリゾートの開発運営などを主体とする企業が集まって創業された複合企業体です。そのグループ企業の一つであるベルジャヤ損保は，マレーシアにおける自動車保険事業を主体とし，地域に根ざした保険の開発･提供や地方の自動車整備工場への技術供与･サービスノウハウ提供などを通して地域に貢献する企業です。筑波銀行の連携企業である損保ジャパン日本興亜株式会社が出資している縁で土浦一高の教育活動に協力いただいています。現地にて多国籍企業・グローバル人材のあり方に関する講話，保険業に関する意見交換，オフィス訪問などを通して交流を深めています。
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ベルジャヤ損保（Berjaya Sompo Insurance Berhad）　HP英語版

テネット損保は，損保ジャパン日本興亜株式会社が出資し，シンガポールを主な市場とする損害保険会社です。日本の高品質なサービスを導入しながら，メイド保険など地域のニーズに応じた独自のサービスも展開しており，先進国シンガポールの成熟市場の中では異例の急拡大を遂げている企業です。日本と同じ先進国型マーケットでの事業展開や，日本人駐在員とローカル社員が連携して経営を進める職場などを目の当たりにできることは，起業を考える課題研究に取り組む本校生徒にとって大変有意義であると判断し，協力を仰ぐこととしました。海外フィールドワークでは，現地にて日本人駐在員によるグローバル企業経営に関する講話，ローカル社員を交えたディスカッション，保険業に関するワークショップ，職場見学などの協力を得ています。
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テネット損保（Tenet Sompo Isurance Pte. Ltd.）　HP英語版

2015年度に教授を招聘しセミナーを開催したことをきっかけに，交流しています。2016年度からは生徒の海外フィールドワーク先として訪問しています。