到好友的启发，鲍林开始对化学产生浓厚的兴趣。1917年家境贫寒的鲍林进入俄勒冈农学院（今俄勒冈州立大学）攻读化学工程专业，1922年他获得学士学位。大学毕业后鲍林申请了加州理工学院的研究生，洽逢美国物理化学学者诺伊斯（Arthur Noyes）刚刚从麻省理工学院来到加州理工学院，鲍林加入了诺伊斯的研究团队，从事X-射线衍射法晶体结构的研究。在加州理工学院，鲍林接触到了热力学、统计力学、动力学、量子力学等物理化学和物理学的基础理论。1925年鲍林以最优等成绩获得物理化学和数学物理博士学位，毕业后的鲍林前往欧洲