钱学森是在1934年考取了赴美留学的庚子赔款奖学金，作为公派的清华大学留美研究生，指定是赴美学习飞机设计。
在出国前，钱学森在国内的导师指导下实习一年，以便了解国内相应专业的现状，使留学目标明确、有的放矢。他的两位导师都是留美学成回国的航空先驱，分别是麻省理工学院硕士毕业的王士倬和波音公司首任总工程师王助。在王助的指导下，钱学森下厂实习半年后，被推荐去麻省理工学院的航空研究院深造。1935年8月，钱学森启程赴美，在麻省理工学院航空研究院攻读航空硕士学位，期间他选修了一些其他尖端的课程，例如《复变函数论》《量子力学》《相对论》《结构化学》《量子化学》《遗传学》等。1936年，钱学森获得硕士学位后，为了博采众长，进一步深造，他决定离开麻省理工学院，径直奔赴加州理工学院，于1939年获航空、数学博士学位后留校任教并从事应用力学和火箭导弹研究。
