周培源从事高等教育工作六十多年，学生遍及海内外，早期学生中很多都成为著名的科学家。作为一位知名的老教育家，他在传授知识、指导科学研究、组织教学、创建新专业以及发现和扶植优秀人才方面都作出了重要贡献。我国物理学界的知名学者王竹溪、胡宁、林家翘、彭桓武等，都曾从师周培源门下。他在教学过程中积累了丰富的教学和办学经验，形成了自己的教书育人风格和办学思想、办学理念。其中最突出的是他的学识、见解和治学、做人之道等人格魅力，因此被人们称为“桃李满园的一代宗师”。
重视基础理论
在培养人才方面，重视基础理论是周培源的一贯主张。在这种思想指导下，教学中他总是指导学生将有关学科最根本的理论内容吃透。20世纪40至50年代，他在清华大学、北京大学教学，每年上一门理论力学课，后来写成讲义，1951年，由人民教育出版社出版。这本《理论力学》教程起点很高，对后来北京大学理论力学教学的高水平产生了很重要的影响。听过他的课的学生，无论是继续进行研究工作，还是转向技术工作，都得益于学生时期受到的这种严格的基本训练。
1952年，全国高等院校进行调整，周培源来到了北京大学。在他的带领下，北京大学创办了我国有史以来第一个力学专业。
在组织学校教学中重视有学识的教师是周培源一贯的教育思想。在力学专业办学过程中，他经过多年努力，聘请国外新归来的学者来校任教，聘请国外专家来系讲学。例如，他曾两度亲自致函聘请胡海昌来系任教，并亲自带头听讲，给学生和其他教师作出表率。力学专业从一开始只有5名教员逐步发展到有近百名教师的队伍，他们为国家培养了大批大学毕业生和研究生。
周培源是我国最早的国际理论与应用力学联合会理事、国际科学家联合会理事，也是中国科学技术协会的负责人和领导人。多年来，他为我国科技界，特别是物理与力学界，开展国际学术与友谊交流作出了不懈的努力。他曾数十次代表中国科学技术界出席国际会议，为发展科技界国际合作、宣传中国科技成就作出了重要贡献。在这些活动中，他总是坚持中国人民与世界各国人民的友好合作，坚决维护中国人民的尊严和正义的立场。他操着流利的英语，态度潇洒，风度翩翩，赢得了国际友人的尊敬与爱戴。多年来，他还担任中国人民外交学会副会长、中国人民争取和平与裁军协会会长、中波友好协会会长，为推进和平民主和科技进步，加强与国际间的合作作出了重要贡献。
文化大革命后，党和政府执行改革开放的政策。周培源率领代表团访美，沟通了中国技术学者赴美访问的渠道。
曾有一段时期，社会上刮起了一阵“理论无用”、“理科无用”风，并且还要批判相对论和热力学第二定律。国内的自然科学基本理论研究处于十分困难的境地。
在那种万马齐喑的年代，中国的教育到底应该怎么办？是跟着他人摇旗呐喊，还是坚持真理，不随波逐流？周培源不畏强压而选择了后者。1972年《人民日报》一名记者约周培源写一篇理工科教学如何办的文章，周培源应约写了《对综合大学理科教育革命的一些看法》（简称《看法》）一文。在文中，他总结了大量自然科学历史事实，根据自己长年教学和从事科学研究的经验，论述了自然科学的发展和生产实践、科学实验及学科内部矛盾演化的辩证关系，论述了理论和实践的辩证关系，提出理科大学应重视基础学科的教学和科研，重视与实践相结合等建议（该文后改在《光明日报》发表）。1972年7月20日，周培源又上书给周总理。在信中，他分析了我国基础理论研究落后的基本原因，认为主要是由于对基础理论研究的重要性缺乏统一的、持久的认识，没有坚强的领导及切实的组织保障。周总理对周培源的信非常重视，7月23日，他将信批复给有关同志，要他们“好好议一下，并要认真实施，不要像浮云一样，过去了就忘了”。
周培源的提倡基础理论研究的观点在当时甚至招来了一些批判和围攻，但是他作为一位正直的、无私的科学家的形象却深深地留在了科学、知识界人们的心目中。
重视技术与生产
周培源支持和指导年轻教师研制成计算机激光汉字照排系统。周培源不仅重视基本理论，而且对技术和生产的新发展也极为重视。他担任北京大学副校长和校长期间，从1974年起，他以超前的眼光敏锐地注意到电子计算机为汉字印刷排版带来技术革命的前景，从而排除重重困难，和张龙翔（1974年为教务长，后为副校长和继他而任校长）一起组织学校的人力和物力。他热情鼓励和支持以王选为首的研制组工作，使计算机激光汉字照排系统在经过10多年的努力，投入了数百人的人力之后，得以研制成功。这项成果在1985年被评为中国十大科技成就之一，1987年获国家科技进步一等奖，以后还多次荣获过各种奖。这项成果使我国整个印刷行业产生了革命性的变化。现在，我国已有1500多套这种汉字照排系统用于国内外报社和出版印刷系统。由此，周培源被推举为1985年成立的中国印刷及设备器材工业协会的名誉会长。
文化大革命中，周培源曾经抵制过“实验室车间化”的口号，也反对过以典型产品带动教学的教育指导方针。文化大革命后，为了恢复教学秩序，周培源曾停办了一些学校的生产设施，与此同时，他又集中学校的巨大财力、物力支持印刷系统的研制和生产。这说明他的办学思想并非一般地反对学校搞生产研究。在他看来，学校的技术生产，也和研究理论一样，必须有新思想，必须创新，否则就会将学校混同于一般工厂。计算机激光汉字照排系统的成功，也为我国高等学校发展工程技术走出了一条新路。
在周培源即将离任北京大学校长时，于1981年4月2日在《人民日报》上发表了《访美有感——关于高等教育改革的几个问题》的文章。他写道：“教师是学校的主体，古今中外绝无例外。”他认为：“一所好的大学必须有严选良师的办法和传统，必须有选择人才的条件。否则人才就会在死水一潭中被埋没。”同时还系统地阐明了他重视选拔教师和尊重教师的思想。在文中，他就培养人才问题、现代化问题、青年思想教育问题和改进高等学校领导问题提出了中肯的意见。这篇文章是他从事教育工作50多年的经验总结，也体现了这位老教育家离开高等教育领导岗位时对祖国高等教育事业的殷切期望。
综合大学的理科教育
1972年10月6日周培源发表于《光明日报》的《对综合大学理科教育革命的一些看法》一文中，对当时教育革命中的一些问题提出了自己的看法。当时正在文革之中，在“左”的思想统治下，学校中轻理论的现象非常严重。曾获诺贝尔奖的美籍华人物理学家杨振宁教授来访，对此曾有所觉察，并向周总理提出。这篇文章实际上是在周总理同杨振宁谈话后，按照周总理的意见而写的。周总理对周培源说：“你回去把北大理科办好，把基础理论水平提高。这是我交给你的任务。有什么障碍要扫除，有什么钉子要拔掉。”
在文章中，对综合大学理科为了贯彻理论联系实际的原则，周培源提出了几点重要的看法。首先是专业设置的问题，对一些理论性的学科如基础数学、理论物理等专业的联系实际如何认识？这在当时是一个相当尖锐的问题。周培源认为，理科要满足国家建设的需要，但我们不能把理论联系实际仅仅理解为满足当前的需要。文章指出，对一些比较抽象的目前还没有用上的专业，处理要慎重，不宜急于取消，以对它进行调查研究，了解它们在国内外的发展趋势，开展科学研究工作，通过实践探索它们发展的前途。第二，关于理科专业的设置，文章反对按产品区分，而应按学科区分，理科原则上不宜按产品的生产设立专业，亦即不宜“以工代理”或“理向工靠”。第三，文章认为综合大学理科总结广大群众在工农业生产中所取得的丰富经验，开展理论性科研工作，是促进国民经济的进一步发展、赶超世界先进水平的重要措施。文章强调了近代科学发展的特点是各学科之间的相互交叉、相互推动，为此更便于集中有关各方面的力量对某些项目打歼灭战。第四，强调综合大学理科负有普及科学知识和提高科学水平的双重使命。周培源在文章中提出的观点，有破有立，对当时高等学校中轻视理论的现象，提出了尖锐的批评。
科学与哲学
1978年毛主席逝世两周年时，周培源在《光明日报》发表《毛主席的旗帜是科学的旗帜》（1978年9月10日），回忆毛主席的两次谈话，谈的都是哲学和科学的问题。
1964年8月23日下午，毛主席接见参加北京科学讨论会的各国代表团团长。当周培源向他介绍了日本物理学家坂田昌一时，他对坂田教授的文章给了很高的评价。第二天，毛主席在他的卧室接见了周培源和于光远。毛主席从坂田昌一的《基本粒子的新概念》说起，谈到了哲学问题。
毛主席说：“什么是哲学？哲学就是认识论，别的没有。”又说：“世界是无限的。世界在时间上、空间上都是无穷无尽的。”他说：“太阳系、银河系、银河系外又有千千万万个银河系。宇宙从大的方面看来是无限的。宇宙从小的方面看来也是无限的。不但原子可分，原子核也可分，电子也可分，而且可以无限分下去。我们对许多事情还认识不清楚，这就需要我们去探索、去研究。科学是老老实实的学问。”
毛主席又发展了《实践论》的观点。毛主席谈到望远镜、人造地球卫星。于光远问：“我们能不能把望远镜、人造地球卫星等等概括成‘认识工具’这个概念？”毛主席说：“你说的这个‘认识工具’的概念有点道理。在‘认识工具’这个概念当中还要包括镢头、机器等等。人的认识来源于实践。我们用镢头、机器等等改造世界，我们的认识就逐渐深入了。工具是人的器官的延长。镢头是手臂的延长，望远镜是眼睛的延长，身体、五官都可以延长。”
毛主席说：“我们对世界的认识也是无穷无尽的。世界上一切都在变。物理学也在变，牛顿力学也在变。世界上从原来没有牛顿力学到有牛顿力学，以后又从牛顿力学到相对论。这本身就是辩证法。如果我们已经把一切都认识到了，还要我们这些人干什么？”
“一切个别的、特殊的东西都有它的产生、发展与死亡。每一个人都要死，因为他是产生出来的。人类是产生出来的，因此人类也会灭亡。地球是产生出来的，地球也会灭亡。这和基督教讲的世界末日不一样。我们说的人类、地球灭亡，是有比人类更进步的东西来代替，是事物发展到更高阶段。我说马克思主义也有它的发生、发展与灭亡。这好像是怪话。但既然马克思主义说一切发生的东西都有它的灭亡，难道马克思主义本身就不灵？说它不会灭亡，是形而上学。”
“当然，马克思主义的灭亡是有比马克思主义更高的东西来代替它。”毛泽东最后补充道。
1973年7月17日下午，毛主席接见杨振宁博士，周恩来和周培源陪同。谈到科学问题时，毛主席十分关心基础理论研究。毛主席问杨振宁：“哥本哈根学派现在怎么样了？”又问起日本物理学家坂田昌一。
毛主席与杨振宁讨论了宇宙守恒和不守恒问题，主席称赞说：“你对物理学有贡献，对世界是有贡献的。”对周培源1971年在全国教育工作会议综合大学组座谈会上关于加强基础理论的发言，毛主席也予以关注：“你的发言有人赞成，有人反对。”杨振宁说：“我看到《光明日报》上的文章。”（指《对综合大学理科教育革命的一些看法》一文，这时上海一家报纸已围攻几个月了。）
毛主席说：“上海有人不赞成你的文章。”
周培源说：“毛主席这些讲话对实现四个现代化，特别是科学技术现代化，是有重大指导意义的。”
关于真理标准
1978年，真理标准讨论进行得十分热烈。周培源对这个问题也是十分关心的。他是一个著名的科学家，因此，他当然是以他的科学家的身份来参加这个讨论的。需要说明的是，当时周培源在中国科协担任领导工作。当真理标准讨论开始时，国家科委、中国科学院、中国科协三个党组，在方毅的主持下，开联席会议，决定支持《实践是检验真理的唯一标准》这篇文章、支持真理标准问题的讨论、支持《光明日报》这个行动，周培源是参加了的。
周培源等人联名在《光明日报》发表了题为《以马克思主义哲学为指导，加速发展我国的科学技术》的文章。文章的核心部分，从“自然科学理论来源于生产斗争和科学实验”“实践是检验自然科学理论的唯一标准”“自然科学理论对生产实践的指导作用”三个方面，阐述了自然科学理论同实践的关系，特别强调了科学实验对科学理论的作用。