Fabian Picardo, distriktets premiärminister, berättade för BBC att han talade med Skottlands förste minister, Nicola Sturgeon, om olika alternativ.
En möjlighet som diskuteras är att Gibraltar och Skottland, som båda röstade för att stanna kvar i EU, behåller Storbritanniens medlemskap i blocket.
Sturgeon bekräftade för BBC att samtal pågår med Gibraltar.
Nordirland skulle också kunna ingå i diskussionerna.
"Jag kan föreställa mig en situation där vissa delar av vad som är idag medlemsstaten Storbritannien tas bort och andra kvar," Mr Picardo berättade Newsnight.
"Det innebär att vi inte behöver ansöka om tillträde igen, vi bara förblir med den tillgång vi har idag, och de delar som lämnar ges sedan en annan typ av tillträde, som förhandlas men inte nödvändigtvis enligt artikel 50", sade han, med hänvisning till en bestämmelse i Lissabonfördraget som anger hur en medlemsstat frivilligt kan lämna unionen.
Det finns ett prejudikat för ett sådant förslag. Danmark anslöt sig till det som då var EEG 1973, samma år som Storbritannien och Irland.
Grönland fick självständighet från Danmark 1979 och lämnade EU 1985 efter en folkomröstning tre år tidigare.
Nicola Sturgeon har tidigare sagt att en andra folkomröstning om självständighet för Skottland är "mycket sannolikt", efter förra torsdagens avskedsseger.
Mer än 95 % av Gibraltars invånare röstade för Rest på torsdag. Den stora majoriteten vill också stanna kvar i Storbritannien.
Området avvisade med överväldigande majoritet ett förslag om att dela suveräniteten med Spanien i en folkomröstning 2002. Picardo insisterade på Gibraltars ställning som brittiskt utomeuropeiskt territorium och menade att det inte får innebära att man ger upp sitt medlemskap i EU.
"Det Gibraltars folks ståndpunkt är att vi, kanske ännu tydligare än skottarna, har uttryckt vad vi anser framöver, vad som bör hända - att vi bör fortsätta att ha tillträde till den inre marknaden till Europeiska unionen. Min skyldighet är att skydda och främja Gibraltars intressen och att hitta sådana partner som kan vara villiga att göra samma sak inom Förenade kungariket."
Efter folkomröstningen förra veckan tog Spanien återigen upp frågan om gemensam suveränitet för Gibraltar.
"Den spanska flaggan på klippan är mycket närmare än tidigare," Spaniens tillförordnade utrikesminister Jose Manuel Garcia-Margallo sade på fredag.
Men när Fabian Picardo talade i sin första utsändningsintervju sedan folkomröstningen på torsdag, sade han att alla anspråk från Spanien på territoriet skulle avfärdas okontrollerat.
"Alla som tror att detta är en tid att föreslå gemensam suveränitet eller att de kommer att få någon millimeter av fördel med avseende på Gibraltars suveränitet är helt fel. De ska inte slösa med andan, de ska inte slösa bort sin tid, de ska inte slösa bort tiden för det europeiska folket när vi försöker navigera i denna fråga som har presenterats för oss på fredag morgon."
Gabriel Gatehouse är i Gibraltar för BBC Newsnight. Titta på hans rapport om programmet på 22:30 BST på BBC Two.
Gibraltar är i samtal med Skottland om en plan för att hålla delar av Storbritannien i EU, har BBC Newsnight lärt sig.