Fra 1946 til 1949 ble Paine utdannet ved Stanford University og derfra ble han uteksaminert i 1947 med en grad innen fysisk metallurgi. I løpet av hans karriere mottok Paine et æresdoktorat innen vitenskap fra Brown University, Clarkson College of Technology, Nebraska Wesleyan University, University of New Brunswick, Oklahoma City University, og han ble utnevnt til æresdoktor etter at han var ferdig utdannet som sivilingeniør fra Worcester Polytechnic Institute.