Grâce au système de coopération en matière de brevets instauré par le PCT, le déposant a la possibilité, en déposant une seule demande internationale auprès d'un seul office, d'obtenir l'effet de dépôts nationaux réguliers dans plusieurs ou la totalité des États contractants du traité sans devoir initialement remettre une traduction de la demande ni payer les taxes nationales. La procédure de délivrance nationale et le paiement des frais élevés y afférents sont, dans la majorité des cas, différés d'une durée pouvant aller jusqu'à 18 mois (voire plus dans le cas de certains offices).
Outre les désignations d'États contractants du PCT en vue de l'obtention de brevets nationaux, une demande internationale peut comporter des désignations pour des brevets régionaux, à savoir les brevets ARIPO (Organisation régionale africaine de la propriété industrielle), qui produisent leurs effets dans les États parties au Protocole de Harare relatif aux brevets et aux dessins et modèles industriels qui sont également États contractants du PCT, les brevets eurasiens, qui produisent leurs effets dans les États parties à la Convention sur le brevet eurasien, les brevets européens, qui produisent leurs effets dans les États parties à la Convention sur le brevet européen, et les brevets OAPI (Organisation africaine de la propriété intellectuelle), qui produisent leurs effets dans les États parties à l'Accord de Bangui.
Chaque demande internationale fait l'objet d'une recherche internationale effectuée par l'un des plus importants offices de brevets du monde, agissant en qualité d'administration chargée de la recherche internationale selon le PCT. Cet office établit un rapport de recherche internationale indiquant l'état de la technique pertinent. Le déposant reçoit ce rapport environ 16 mois à compter de la date de priorité. Le Bureau international publie la demande internationale avec le rapport de recherche internationale 18 mois après la date de priorité. Il la transmet ensuite aux offices désignés et au déposant.
Si le déposant le demande, comme il le fait d'ailleurs dans la plupart des cas, la demande internationale fait aussi l'objet d'un examen préliminaire international selon le chapitre II du PCT, qui est effectué par l'un des offices agissant en qualité d'administrations chargées de l'examen préliminaire international selon le PCT, et l'ouverture de la phase nationale est différée de 10 mois encore. Cet examen aboutit à l'établissement d'un rapport dans lequel est formulée une opinion sur le point de savoir si l'invention revendiquée satisfait aux critères de nouveauté, d'activité inventive et de possibilité d'application industrielle. Le déposant reçoit le rapport d'examen préliminaire international environ 28 mois à compter de la date de priorité.
Le déposant, une fois en possession du rapport de recherche internationale et, s'il a demandé l'examen préliminaire international, du rapport correspondant, est bien mieux placé pour déterminer s'il convient d'entamer la procédure de délivrance nationale auprès des différents offices de brevets désignés. Lorsque le déposant est convaincu, à la lumière de ces rapports, qu'il a intérêt à obtenir une protection par brevet dans différents pays, il peut décider d'acquitter les taxes nationales et les honoraires des mandataires étrangers et d'engager les frais afférents à l'établissement des traductions. Pour prendre cette décision, il dispose d'un délai de 20 mois à compter de la date de priorité (soit huit mois de plus que dans le système traditionnel, selon lequel les demandes de brevet national ou régional doivent être déposées séparément dans tous les pays et dans toutes les régions présentant un intérêt pour le déposant), ou même de 30 mois à compter de la date de priorité (soit 18 mois de plus que dans le système traditionnel) s'il a déposé une demande d'examen préliminaire international. À ce moment-là, le déposant sera également bien mieux à même de se prononcer sur la nécessité d'une protection par brevet, car il aura une meilleure connaissance des perspectives offertes par l'invention sur les plans technique et économique.