笃正就读浙江大学史地研究所研究生，1943年毕业获得理学硕士学位。
留学美国.1945年，赴美国芝加哥大学留学，导师为大气物理学家罗斯贝。很快，叶笃正成了以罗斯贝为代表的“芝加哥学派”的主要成员之一。1948年11月，获美国芝加哥大学哲学博士学位，博士论文《关于大气能量频散传播》被誉为动力气象学的代表作之一。1946年至1950年，他在芝加哥大学进行研究工作（Research Meteorologist）。中华人民共和国成立后不久，1949年，在美国的叶笃正收到一封来自中国的信