“就学术环境来看的话，跑到美国的一流大学，是比在台湾受教育要好很多，因为这些一流大学有很多懂得科学的人。如果有机会到很好的学校里面做研究工作，大概还是值得到国外去念书的。”
1．更上一层楼
1961年，25岁的李远哲取得了清华大学的化学硕士学位。这在台湾学界已达到塔尖位置，各个大学都还未设博士学位，要想更上一层楼，就必须走出国门了。李远哲一边在清华大学担任助教，一边准备出国。他特意找到女友吴锦丽，把自己想到美国攻读博士学位的想法向她和盘托出，看着吴锦丽美丽的大眼睛，希望听听她的意见。吴锦丽莞尔一笑，显得愈发可爱，爽朗地说：“真是英雄所见略同，我也正有此意。我不但完全赞成你去美国深造，而且我还要陪你一起去读书。”虽然结果在他预料之中，但锦丽的话还是让他高兴，特别是锦丽要陪同去美国的决定更让他感动，心上人的支持愈加坚定了他的决心。
到美国哪所大学去呢？李远哲选中了位于伯克利市的加利福尼亚大学，向该校化学系提出了攻读博士学位的申请。
加利福尼亚大学在中国译为加州大学伯克利分校，或简称伯克利大学、加州大学。它历史悠久，创建于1868年，占地1232英亩，是美国的最佳大学之一，以雄厚的师资和高质量的教学、良好的科研条件和优美的学习环境而闻名于世。学校设有一个研究生部和化学、工程、文理、环境设计、自然资源5个本科生院，以及商业管理、教育、新闻、法律、公众政策等9个专业学院。研究生部是全美最大的，研究生人数占学生总数的三分之一，每年有500多名研究生获博士学位。学校开设课程5000多门，专业300余种，授予学位的学科500多个。实行一学年三学期制，以小班教学为主，大部分班的学生人数为十几人，毕业生质量很高。加州大学还有完善的科研系统，除拥有世界著名的劳伦斯辐射实验室等20多个研究所、中心、实验室外，系科之间都有研究单位，原子物理、化学、生命科学等学科享誉世界。推出了第一个原子回旋加速器，分离人类脊髓灰质炎病毒，发现重于铀的全部人工元素等科学成果，有十多人获得诺贝尔奖。有校图书馆、莫菲特图书馆及23个专业图书馆，藏书量达600万册。还有劳伦斯科学馆、古生物博物馆、动物学博物馆、人类学博物馆及可容纳万人的赫斯特剧场。
但是加州大学管理严格，对学生的入学条件要求极高，还规定博士研究生必须先当一个学年的助教，他们认为学生要想当得好必得先当好老师。所以他们不愿意接收一个他们毫不了解其水平的学生。加州大学以一种客气的方式拒绝了李远哲的申请，回信说他们不了解一名外国学生的能力，怀疑他的英语水平是否胜任助教工作。李远哲沮丧极了，他非常想去加州大学，可是人家不愿接收。这时芝加哥大学、耶鲁大学都来信表示可以接收并提供奖学金，去不去呢？李远哲犹豫着。关键时刻，清华大学的一位教授和加州大学的布鲁尔教授很看重李远哲，得知他想读加州大学，便极力推荐，加州大学终于同意接收他为博士研究生。赴加州深造，对李远哲来说，是他人生道路上的一个重要转折点，极大程度地影响了他的人生方向。
吴锦丽给旧金山大学的入学申请也获准了。1962年，一对心上人整置行装，辞别父母，共赴大洋彼岸的美国。
2．加州大学好读书
加州大学位于伯克利市的东部，旧金山海湾的海滨，登上学校的钟楼就可以俯瞰秀丽的海湾景色，校园内绿树掩映，整洁有序，环境非常优雅。李远哲为能进入这所世界一流的大学而兴奋，他决心利用这里优越的条件好好学习，努力攀登科学高峰，不辜负父母及祖国亲人们的期望。他说：“我知道父母希望我能好好学习，做个顶天立地的人，他们没有传统的‘反哺报恩’的期待，只希望我能努力上进，为人类社稷作出贡献。”
李远哲进入加州大学后，先在化学系攻读博士学位，1965年6月获得化学系博士学位，接着又在该校劳伦斯实验室做了一年又七个月的博士后研究。在加州大学近5年的学习生活中，李远哲一直师从马汉教授。马汉教授的教学有一个特点，只交给学生研究课题，很少给学生以具体的指导，从不告诉学生做实验的方法步骤。这更利于培养李远哲独立思考和独立操作实验的能力。他充分利用各方面的条件，积极主动地学习，他认为学习应该靠自己，没有哪个人主要是靠听课成为大科学家的。课堂只是帮助学生学习一些系统的知识，最主要的还是要会自己获取学问。在加州大学4年多的独立训练，李远哲学习了很多理论与实验知识，掌握了一套终身受益的做研究工作的方法。
开学以后，李远哲在学习理论知识和做助教工作方面很快适应了，扎实的基础知识功底使他学习工作都轻松自如。但在实验室里，他却感到了和在外国受教育的学生明显的差异。外国学生使用精密仪器表现出较为娴熟的功夫，在实验装置出现故障的时候，他们一边思考一边摆弄，三下五下，问题很快就解决了。李远哲却不行，在国内大学实验条件不好，实验的机会也少，一些仪器如激光仪、质谱仪等从来没有接触过，自然谈不上熟悉。造成这方面差距的原因有多种：一是科学和经济发展的不平衡；二是东西方文化不同及由此形成的迥异民族特性。有人说中国那句“劳心者治人，劳力者治于人”的古训是中国人心灵手拙的成因。据说杨振宁到美国，一开始在安德逊教授指导下做实验物理方面的研究，因为在中国没有动手做实验的机会和经历，所以赶不上美国同学。比如检查加速器漏气，需要抹上肥皂水找出漏气的地方，杨振宁就显得没有经验。而美国同学两分钟就解决了。据杨振宁说：“一次电子设备失灵了，他们中的一个人走上去只踢了两脚，毛病就消失了。他们有一种自己也说不清的判断能力。”后来他考虑了自己的条件，感到自己确实不能做一个很好的实验物理学家，就改行专业从事理论研究。杨振宁的这段经历说明了正确选择专业方向的重要性。
李远哲虽然不熟悉精尖仪器的使用，但动手操作能力不弱。这主要得益于父亲对他的影响，他从小就爱跟着父亲制作玩具，长大接触自然科学后，对实验发生了浓厚的兴趣，后来又在清华经过了一些实际的训练。李远哲自信自己能很快驾驭复杂的仪器，不会比同事中任何人差。他知道劳伦斯实验室的名字意味着什么：劳伦斯是加速器的发明者，读书时的成绩在全班是最差的，同学们谁都看不起他。但他研究成功了加速器，使物理学研究为之改观并获得了长足的进步。他暗暗告诉自己：我一定要做出成绩，不逊于劳伦斯，决不辱没劳伦斯实验室的中国人的名声。经过一段时间熟悉适应，李远哲成了实验室试验做得最好的一个。碰到问题，遇到困难的时候，他都能找到问题的症结和解决的方法。有人说他有很多灵感，殊不知李远哲流出了比别人更多的汗水，李远哲曾感慨万千地说：“这些灵感往往都是经过日日夜夜的努力发展出来的。我从一个很小的装置开始……我的脑筋里有很多事情想做，用哪些方法做，才会比别人做得更好。”
在加州大学化学系，李远哲的勤奋好学是出了名的。他利用一切可以利用的时间学习，早上和夜晚，假期和休息日；他利用一切可以利用的条件学习，图书馆、阅览室和实验室；他还向一切可以求教的人求教，除自己导师以外的学校教授、教师，学长和同学。在这里，他还是一如往常，坚持自己独立思考的精神，决不轻信和盲从老师与书本，对于自己怀疑的理论和观点总要探讨研究，弄清楚才罢休。有一位教授常常给李远哲提一些建议，说应该怎么做，李远哲后来发现这位先生的话并不太对。李远哲想：我不能依靠老师，如果依靠老师，失去了独立思考的创新思想，大概不会有很好的成就。第一学期开设的课程中有理论有机化学，李远哲对书中一些理论观点从量子力学角度提出了自己的看法，他不顾考试分数的高低，决不接受自己认为不妥的观点，后来他的看法被证明是对的。
3．实验精神
李远哲获得诺贝尔奖以后，曾经有一个学者问他：“您说过拿到博士后曾经想回台教学研究，如果当时回去了，今天您会拿到诺贝尔奖吗？”“我想不会的，不会，绝不会，绝不可能。”李远哲用一句比一句肯定的语气回答。李远哲认为当时若回到台湾，就不会站在科学研究的最前端，他又进一步地作了说明：“我现在大半的时间是花在实验室里面，如果我回到台湾的话，大概会花费更多的时间在实验室外面。”从李远哲的一番话中，我们可以了解到他决定留美的一个主要原因就是那里可以进行卓有成效的实验，实验在他一生的科学活动中占据着极为重要的位置。
李远哲是华人在化学领域中获得诺贝尔奖的第一人。而且是用非常巧妙精密的装置完成了非常困难的实验。这一点对于善于动脑拙于动手的东方人来讲更有着特殊的意义。他向世人表明，中国人只要有精卫填海的精神，经过艰苦卓绝的努力没有做不到的事情。李远哲对实验有着浓厚的兴趣，他认为实验犹如探险一样，深入茫茫大森林中，发现很多新奇的东西。在高中时代，他就热衷摆弄一些简单的化学实验，对实验过程中出现的现象进行细致的观察。进入台大和清华后，他更把实验当做主要的学习手段，虽然实验设备比较简陋，他还是一有时间就到实验室去，几年台大生活给他留下的印象是：“化学系有一个好处是至少每个下午可以做实验，定性分析、定量分析、有机分析、物理化学，做得还比较认真。所以我们在实验课程里面，至少还学了一些做实验的方法。”回忆起清华的岁月，他又说：“我在清华大学研究所也学到一些东西，像近代物理实验，那时整个实验都是自己摸出来的……我跟王教授做研究工作的时候，学了不少东西，但并不是跟他学到的，而是从他要我们做的实验过程里面学到的。”加州大学有一流的实验室，一流的实验设备，李远哲就更喜欢做实验了，他一进实验室就忘记了时间，有时夜以继日，连续几天都沉湎于实验里。
李远哲深刻认识实验的意义，非常清楚实验在科学研究中的重要性。日本著名物理学家汤川秀树，1935年提出了核力的粒子设想，并算出粒子的质量约为电子质量的200倍，1947年由于利用核乳胶，在宇宙线中发现了这种π介子，从而证实了汤川秀树的假设，并发展成为科学的理论。物理学家杨振宁、李政道发现了弱相互作用下宇称不守恒的定律，吴健雄用钴－60做实验，她将钴－60冷却到几乎接近绝对零摄氏度，使钴核的运动停下来，终于证实了杨振宁、李政道理论的正确性。可以说，实验是检验真理的标准，是自然科学中的一项法则。理论须实验证明，脱离科学实验，理论就不会有新的发展。中国一句诗说得好：问渠那得清如许，为有源头活水来。从某种意义上讲，实验就是科学的源头。
科学研究和实验需要一些志同道合的人合作完成，这一点愈来愈成为现代科学的显著特点。有人统计，从1901年首次颁发诺贝尔奖金到1972年止，在286位奖金获得者中，有185人是与别人进行各种形式的合作研究获奖的。并且，因协作研究获奖占获奖人数的比例逐渐上升，诺贝尔奖设立的头25年为41％，第二个25年为65％，而现在则为近80％。在合作研究中，彼此的长短得到互补。这个人的一些看法和观点会激发起那个人的灵感，那个人的朦胧混沌的东西会被别人揭示和阐明。爱因斯坦有一句名言：没有许多人的无私合作，就得不到真正有价值的东西。李远哲也在同一位学者的谈话中说了下面一段话：“我必须把一个事情说清楚，今天的科学研究已不是个人的行为了。最近四五十年的科学研究与100年前的科学研究很不一样。100年前的科研常常是一两个很有想法的人躲在地下室日夜地努力，所谓的Lonewolf（个体）式的研究方式，常是个人的行为。但是近代科学的研究已是一个很庞大的社会活动，从物理化学、生物及其他的各种研究，很少是所谓一个人———不管他才能多大，智商多高———可以做很多科学实验的工作。现代的科学活动是集合很多人的专长及才智，彼此互相帮忙，再经政府机构的财力支持，才可以做出一点东西。”李远哲又以不同国家的不同情况更生动地阐述了合作在经济较不发达国家的重要性：“三四位志同道合的教授好好合作的话，可以找到一部仪器，不会比美国、欧洲的这些教授的设备差，而且如果三四位教授合作的话，这三四个至少得到博士学位的人，应该会比美国一般研究生的水准要高了一点。所以，我在这儿一直说，要做一些群体的研究，大家应该合作，把资源合在一起。譬如说要做研究的话，如果我现在只有钱买一部激光机，做一个研究，是有限的。但是另外的教授也买了一部，三四个人合在一起的话，可以做很精致的研究工作，因此，如果我们学会怎样合作，找出自己的路线来，我想还是很有希望的。”
同人合作，完成科学的重大发现是李远哲实验精神的重要方面。