Sørensen var medlem af De forenede Nationers kommission for menneskerettigheder 1949-51 og formand for dennes underkommission til beskyttelse af mindretal 1954-56, medlem af Den europæiske menneskeretskommission fra 1955-72 og dens præsident fra 1967-72, udenrigsministeriets rådgiver i folkeret fra 1956, medlem af den internationale stående voldgiftsret i Haag fra 1956, dansk repræsentant i forskellige juridiske udvalg under FN og Europarådet, har forelæst ved Académie de Droit International (Haag 1952) og medlem (Associé) af Institut de Droit International.