教育不断开拓着他的视野，养成了他独立思考而又踏实进取的精神。在数学老师唐秀颖先生的影响下，他特别喜爱数学课，独辟蹊径地解开一个又一个数学难题。1946年初，周光召回到长沙，同年秋季考入清华大学先修班。1947年转入清华大学物理系。1951年毕业于清华大学物理系，从师于着名理论物理学家彭桓武教授，进行基本粒子物理的研究，1952年加入中国共产党。1954年毕业于北京大学研究生院。1957年赴苏联莫斯科杜布纳联合原子核研究所工作，周光召两次获得联合原子核研究所的科研奖金。1958年在国际上首先提出粒子的螺