钱学森是在1934年考取了庚子赔款奖学金，作为公派的清华大学留美研究生，指定赴美学习飞机设计。根据当时的规定，考取庚子赔款的学生必须在国内导师指导下实习一年，以便了解国内相应专业的现状。钱学森的两位导师王士倬和王助都是留美学成回国的航空先驱，在他们的指导下，钱学森在国内实习一年后，于1935年8月启程赴美留学。
在美国，钱学森先在麻省理工学院航空研究院攻读航空硕士学位，期间他选修了包括《复变函数论》、《量子力学》、《相对论》、《结构化学》、《量子化学》、《遗传学》等先进学科的课程，极大地拓宽了他的学识视野。1936年获得硕士学位后，他转入加州理工学院，师从世界著名空气动力学教授冯·卡门，在卡门教授的指导下，钱学森在空气动力学和力学等多个领域进行了深入的研究，并在火箭技术方面取得了突破性进展。1939年，他成功获得航空和数学双博士学位