茅斯学院学习生物学，于1924年夏获生物学学士学位。1923年暑期、1924年夏至1925年夏，在纽约州长岛冷泉港的优生学馆学习优生学、人类学一年有半。1925年夏同时在冷泉港的卡纳奇研究院，参加内分泌学的暑期讲习班。1925年9月至1926年夏，在哥伦比亚大学学习生物学，获硕士学位。1926年夏在麻塞诸塞州林洞镇的海滨生物研究所学习单细胞生物学。留美四年后，潘光旦于1926年秋回国。据1923年11月26日的《达特茅斯报》报导，他原计划在达特茅斯学院毕业后去约翰霍普金斯大学学习医学，后来他改变了主意，改去