1910年8月16日，胡適、趙元任等留美學(xué)生在上海碼頭登船“放洋”，抵達(dá)美國后，分屬于不同的學(xué)校就讀，趙元任與胡適等人同入康乃爾大學(xué)（按：即胡適早年所說的康南耳），胡讀農(nóng)科，后入文學(xué)院，主修哲學(xué)；趙讀數(shù)學(xué)、物理。1914年，趙元任以全校總分第一名的成績畢業(yè)，并與任鴻雋（叔永）、楊銓（杏佛）、胡達(dá)（明復(fù)）、張準(zhǔn)（子高）、周仁等等十幾位中國留學(xué)生發(fā)起組織成立“中國科學(xué)社”，出版《科學(xué)》月報，以“聯(lián)絡(luò)同志，研究學(xué)術(shù)，以共圖中國科學(xué)之發(fā)達(dá)”為宗旨，開展科學(xué)活動。與此同時，趙元任開始研究中國語言學(xué)，并與胡適等人寫出了以“中國語言問題”為主旨的若干篇討論文章。1915年，胡適入哥倫比亞大學(xué)從杜威研修哲學(xué)，趙入哈佛大學(xué)攻讀哲學(xué)和科學(xué)史。1917年5月22日，胡適在哥大參加了博士學(xué)位答辯后匆匆歸國，旋任教于北京大學(xué)，未久即成為新文化運(yùn)動的主將，中國文化史上一個倡導(dǎo)白話文的“胡適時代”業(yè)已來臨。

1918年，趙元任獲哈佛哲學(xué)博士學(xué)位，1920年應(yīng)聘回國入清華學(xué)校任教，擔(dān)任物理、數(shù)學(xué)和心理學(xué)教師。同年10月，英國大哲學(xué)家羅素來華到各地做學(xué)術(shù)演講，趙元任被推薦擔(dān)當(dāng)羅氏的翻譯。此前，美國大哲學(xué)家杜威來華講學(xué)，由“爆得大名”的胡適擔(dān)當(dāng)翻譯，此時可見趙元任在人們心目中的地位已直逼胡適，非同尋常了。1921年8月，趙元任應(yīng)美國哈佛大學(xué)之聘任講師，主要講授中國語言學(xué)，同年出版了《國語留聲片課本》，并發(fā)表《國語羅馬字的研究》等論文，對中國現(xiàn)代語言學(xué)具有開創(chuàng)奠基之功。1925年，趙在美國所做的驚人成就被清華大學(xué)教務(wù)長張彭春得知，乃有向曹云祥校長薦舉之事。