Его учителем физики в седьмом классе училища (1912—1913 гг.) был выпускник физико-математического факультета Казанского университета Владимир Иванович Кармилов, поддержавший стремление молодого Семёнова посвятить свою жизнь науке и сохранивший теплую дружбу с ним в последующие годы. В июле 1913 года Семёнов поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петроградского университета. Отец, бывший офицер, надеялся, что сын изберёт военную карьеру, поэтому поступление Николая в университет вызвало раскол в семье и отчуждение между отцом и сыном, продолжавшиеся несколько лет. Семёнов уже со второго курса начал заниматься наукой под руководством А. Ф. Иоффе, выполнил несколько работ по ионизации атомов и молекул под действием электронного удара в газовых разрядах. Окончил университет в 1917 году, получив диплом первой степени, и был оставлен при университете профессорским стипендиатом (аналог аспирантуры).
Кем стал Семёнов после окончания университета в 1917?