赵元任18岁参加清华留美庚赔生考试，要考拉丁语，没学过拉丁语的赵元任，考前自学了半个月，结果考出第2名，比同批参考的竺可桢等人要高许多名。
青春年少的赵元任对一切都充满好奇，时而想做工程师，时而想做物理学家，而他在康奈尔大学主修数学的时候，还选修了哲学、物理、逻辑学和语言学等。
赵元任在康奈尔大学，数学课程连续保持该校平均成绩最高记录，然而从数学系毕业的赵元任，又成了哲学研究生，而读研时，又对语言学的兴趣愈发深厚。
赵元任读研期间，还自修音乐，1年后，读研结束的赵元任进入哈佛主修哲学选修音乐，1919年，康奈尔大学给这位哲学博士，提供的教职竟是“物理学讲师”。
胡shi对其评价极高：此君止治哲学、物理、算学，皆精，余力旁及语学、音乐，皆有成，其人深思好学，心细密而行笃实，以学以行，他日所成，未可限量也。
1920年赵元任执意回国，拒绝北大邀请而回清华任教，最初赵元任被安排教数学，结果后来又兼授英文、国史、哲学、心理学与物理，文科理科无所不精。
然而，赵元任最令人惊异的还是他的语言学天赋，赵元任一生学会了十多门外语与三十多种国内地方主流方言，而且熟练到了“能和各地人当老乡”的程度。
清华国学院“四大导师”确定时，时年33岁的赵元任最年轻，而他在国学院授课的第一年，主讲课程是方言学、音韵学，指导研究生的同时还给本科生上音乐课。
在国学院4年，赵元任除了培养学生，最主要的成就就是他进行了汉语方言调查，他所撰写的《现代吴语的研究》，标志着现代汉语方言学的正式诞生。
此外，赵元任在音乐方面造诣很高，精通诸多中西方乐器，一生与钢琴为伴，是国内最早的钢琴作品创作者，着名音乐课萧梅对赵元任的作品也盛赞不已。
几乎没人能像赵元任这样，把自然科学与人文科学还有艺术，融合得如此娴熟，清华任职期间，他教授了二十多门课程，横跨文理工科还有艺术，令人瞠目。