Os dicionários de referência consultados (portugueses e brasileiros) são unânimes em afirmar que o plural «cartas credenciais» é a forma mais usada no contexto das relações diplomáticas (ex., Dicionário Priberam; Aulete Digital). De facto, parece estar instituído que assim deverá ser, independentemente de se tratar de uma ou de várias cartas.

O mesmo acontece, por exemplo, na língua francesa, «lettres de créance» (Le Nouveau Petit Robert de la Langue Française), como se pode verificar, por exemplo, numa das páginas eletrónicas oficiais do governo francês: «(...) c’est cette lettre que l’on appelle "lettres de créance" (toujours au pluriel)» (1). Em francês, porém, o uso do plural cinge-se à palavra carta («lettre»), sendo que o segundo termo da expressão – credencial/credenciamento («crédence») – mantém a sua forma singular.

Saliente-se, contudo, que esta pluralização, pelo menos na língua portuguesa, não parece ser obrigatória, ainda que não seja muito comum encontrar ocorrências que, neste contexto específico, optem pelo singular «carta credencial».

(1) Tradução livre: «(...) é a este tipo de carta que se chama "cartas de credenciamento" (sempre no plural).»