1910年，18岁的赵元任通过庚子赔款留美考试，进了康奈尔大学。有意思的是，在去美国之前，赵元任有点问题少年的倾向，抽烟、喝酒样样不落。
　　但这并不影响他的理想。还在海上漂着时，他打算做个电机工程师;到了美洲大陆换乘火车后，他想做物理学家;从康奈尔大学毕业时，他却获得了数学学士学位，他的数学成绩长年保持了康奈尔大学平均成绩的最高纪录。
　　大学期间，他还选修了物理、哲学、语言学、音乐等。大四时，他同时具备申请数学或哲学研究生奖学金的资格，最终他改读哲学研究生。一年后，他进入哈佛大学攻读博士学位，主修哲学，选修音乐。1919年，他从哈佛毕业后作为物理学讲师回到康奈尔大学执教。
　　1920年，赵元任决定回国退婚。15岁时，家族长辈强行为他和一名从未见面的女子订婚。当时他就很郁闷，但反抗不了，如今他想赶紧把婚退了，还自己、也还那名女子自由。
　　听说赵元任回国，最高兴的是国内高校，哪个学校能把这个“不务正业”的学术大腕纳入门内，知名度和美誉度少说也要提升半个档次。最终，赵元任选择了母校清华。
　　清华收了这么个鬼才，感觉怎么安排都行。起初让赵元任教数学，后又让他加授英文，随后让他改教中国史和哲学……最后，让他教心理学和物理学。一个专才只能填一个坑，像赵元任这样的通才能填六个坑，多划算。
　　很快，清华发现还有个更大更急的坑等赵元任去填——英国大哲学家罗素来华巡回演讲，急需一名现场翻译，而罗素博学多才，演讲内容涉及物理学、数学、哲学等各个学科，翻译绝非易事。通才对通才，罗素演讲唾沫横飞，赵元任翻译游刃有余，堪称完美。
　　然而，像赵元任这样的鬼才、通才，其实也很痛苦。因为他可选择的方向太多了，结果就是，“不晓得做什么、到哪里去”。
　　对语言学这个最终奠定他江湖地位的领域，赵元任既精通又热衷，但当时毕竟只是业余爱好。尽管胡适等好友都劝他把业余当成专业做下去，他还是有些犹豫不决。直到给罗素当翻译后，他的语言天才得到了公认，这才下定决心把语言学作为安身立命的专业。
　　其实，赵元任自小就是语言天才。他是常州人，但生在天津，10岁以前跟着做官的祖父在各地生活，几乎一年就换一个地方，每到一地很快就学会了当地方言。跟著罗素到全国演讲，考验的不仅是翻译本事，还有对各地方言的掌握能力，这正好是赵元任的拿手好戏。罗素在上海女子高等师范演讲时，赵元任用上海话翻译;在杭州，他用杭州话翻译;不到一周，在谭延闿会见罗素时，赵元任已能把湖南话译成英文。
　　正是这样的经历，让赵元任看到了自己的语言潜能。
　　1921年，婚后不久，赵元任偕夫人杨步伟回到哈佛大学，教哲学和中文，次年升任教授。此时，他的主要兴趣已转到语言学上。1925年，清华大学决定成立国学研究院，要聘“四大导师”。赵元任似乎对清华没什么抵抗力，一经召唤，又去填坑。
　　回清华后，赵元任负责教授音韵学和音乐，并开始从事方言调查工作，这一系列工作奠定了他无与伦比的地位，他也因此被誉为“中国语言学之父”。