1924年,周先生从清华学堂(清华大学前身)毕业,即赴美继续深造。 先在芝加哥大学物理系学习,1926年春,获得学士学位,同年底获得硕士学位。 之后,他到美国加州理工学院攻读博士学位,在著名数学家E. T. Bell 教授指导下,完成广义相对论研究方面的博士论文。 1928年,他在得到Ph.D.学位的同时,获得校方颁发的最佳论文(summa cum laude)奖。 1928年秋,周先生赴德国,由 Werner K. Heisenberg 教授指导,在Leipzig 大学进行博士后研究工作。 次年春,Heisenberg 教授离德赴美工作,Wolfgang Pauli 教授邀请周先生到瑞士苏黎世的高等工业学校继续进行他的量子力学方面的博士后研究工作。 在这两位诺贝尔奖获得者的指导下,完成了一年博士后的训练。 1929年秋,周先生回到清华大学,成为清华园最年轻的教授。 二次大战中,周先生也是西南联大的教授。 他还负责组织清华大学安全撤退转移到昆明的工作。