1916年，赵元任在哈佛大学攻读博士学位时留影。

　　从事学术研究要有科学的观点和方法，才能得出符合实际的结论，因此从事学术研究，不管是研究自然科学，还是研究人文科学，都应该具备科学精神。一般的学术研究工作，有了科学精神和其他一些必备的物质条件，就可以有声有色地做起来。

　　如果研究工作要做得很出色，除了科学精神和必备的物质条件，还需要有人文情怀。人文情怀是指一种重视人的价值和尊严，关心人的现实生活，追求人的自由、平等、解放的思想和行为。

　　作为从事学术研究的学者，尤其是人文学者，要把科学精神与人文情怀很好地结合起来，并不是一件容易做到的事情。赵元任能把科学、语言、艺术与人生融为一体，把科学精神与人文情怀体现得那么淋漓尽致，实在令人叹为观止。

　　赵元任是五四时期“科学”与“民主”积极的提倡者与实践者。他从小就接受中国传统文化的熏陶，喜欢做科学实验，经常观察天象。青年时代留学海外，与同时代的伙伴们一起怀着“科学救国”的理想勤奋学习科学一知识。大学时代学了数学和物理，研究生阶段则学了大量的科学史。在大学和研究生学习阶段，他参与了“中国科学社”的创建，成为《科学》杂志的撰稿人并长期参与编辑工作。

　　辛亥革命胜利后，赵元任与血气方刚的同伴们提倡文学革命，认为只有规范祖国的语言，克服方言造成的语言障碍，书写口语中鲜活的白话，才能真正唤起民众，达到实现政治民主的目的。

　　赵元任一辈子写文章都是写大白话，创作的诗歌也大都是白话诗。他与五四时代提倡“科学”与“民主”的先行者们一道，共同开辟了中国新文化运动的新时代。他的音乐作品，饱含着对中华民族和广大民众深情的爱，充满着对反动统治者和日本侵略者刻骨的恨。

　　赵元任把学术研究转向语言学后，对语言文字进行了全面科学的研究，使之在我国成为一门现代科学。在研究过程中，他既重视归纳的分析方法，也重视演绎和其他的逻辑分析方法；既重视语言学的一般方法，也巧妙运用了跨学科的研究方法。他发挥自己的特长，用自然科学的基本概念解释语言现象，用自然科学的方法分析语言结构成分，并在研究过程中逐渐形成一套有自己特色的语言学的科学研究方法。

　　赵元任用自然科学的基本概念解释语言现象，主要表现在语音学的研究上，如用物理学的知识解释语音的物理基础，用生理学知识解释语音的生理机制，用渐变音高管、浪纹计等仪器分析语音的音高、音强、音长的性质。他曾经把丹麦物理学家玻尔的对补原则用来解释语音不同特征的关系，这种关系如同质子的动量与地位之间的关系，既互相排斥，又是不可或缺的。他还用化学的一些概念如“化合”“聚合”“离子化”“同位素”等来解释汉语的语法现象。

　　五度值标调法是赵元任在语音学上的一个重要发明，开创了用数字标调的新方法，现在普通话的声调就是使用五度值标调法的简化形式。

　　五度值标调法是在大量实验研究过程中产生的。赵元任早期记录调值是采用把声调曲线画在五线谱图上的方法。他曾经用七弦琴做实验，得出九种汉语方言的声调曲线。这种声调曲线是用乐器模仿声调的发音得到的。作出声调曲线之后，再用画格子临法帖的办法，按原样改画到一般的五线谱上面，这就是五度值标调法的雏形。

　　1927年，赵元任向国际语音协会提出过五度值标调法的建议。1930年，他在国际语音协会会刊上发表了《一套标调的字母》，正式提出了五度值标调法。这一方法已经被广泛地运用到对各种声调调值的描写、分析和研究中。

　　20世纪30年代初，赵元任在“中央研究院”历史语言研究所创建了语音实验室。语音实验室办公室共有四大间，在当时东南亚一带属于第一流。

　　建造语音实验室的目的，是想把所有调查来的语言材料，都用仪器录制成永久性的音档，以便以后想听写的时候可以随时听写，为科学地分析语音材料提供方便条件。语音实验室的建造，从设计到绘制蓝图、购买仪器和各种设备，都由赵元任亲自策划。

　　为了保证工程质量，赵元任还亲自监督，一边监工，一边做方言调查的准备工作。为了提高实验室的隔音效果，他还在美国订购隔音纸板及其他隔音设备，如双层玻璃窗、四层隔音板门等。室内的四面墙壁、天花板和地板全部都用八层隔音纸板铺成，下面还加上地毯。他还向国外订购用于做语音实验的各种仪器，包括最新式的录音机，记录声调用的音浪计，音叉和留声机等设备。

　　当赵元任发现扩音器的效果不理想时，他运用学过的物理学知识，自己设计了一种超高效率的扩音器，请中国电气公司制造，结果不仅音质清楚，音量也比原来的扩大了一至两倍，总体效果比美国制造的要好许多倍。

　　赵元任在语音实验方面发明的一项技术，被语言学家李荣称赞为“简直是神乎其技”，它就是“听倒写英文”。他把一段模仿萧伯纳发音的英语留声机片倒开着录下音，然后听写倒着录下来的这段英语的发音。听写的方法是用国际音标记音，用音乐符号记声调。记下倒录的英语后，再把原来正常的英语录音记下来进行比较。这个方法有助于详细分析语音的特点，检验记音的准确性。

　　据赵元任的弟子吴宗济回忆，他还用这个技术训练自己的学生。在进行方言调查记音训练时，他常常把灌音铝片倒放来听，让学生用严式国际音标记音，然后让他们把记录下来的音标念出来，再灌制片子，倒放出来听，比较这两次发音的异同，据此评价学生的记音能力，从而达到提高记音水平的目的。

　　赵元任不仅用科学记音技术记录下了一大批汉语方言的语音面貌，还为我国一些少数民族语言记音。《广西瑶歌记音》记录了五种瑶人中一种自称为“正瑶”所唱的民歌歌词的语音。通过语音分析，揭示了汉瑶之间亲密的语言文化接触。

　　赵元任还是中国使用科学记音方法记录藏语和维吾尔语的第一人。

　　在史语所工作期间，赵元任学习了藏文，后来他在北京找到一位藏族同胞，让他读由于道泉整理出来的仓央嘉措的62首情歌并录了音。他用国际音标记录了这位藏族同胞的发音，经过整理就成了1930年发表的《第六代达赖喇嘛仓央嘉措情歌》，其记录的拉萨话语音系统至今仍是研究拉萨话的重要参考材料。

　　这期间，赵元任还为维吾尔语标音。当时有一本《注音·新疆回鹘文常用字表》，共收了三千个左右的维汉对照分类词汇。经过研究和多次试音，赵元任为维吾尔语进行注音，字母表中还标注了国际音标。这是中国人首次用现代语音学的科学方法为维吾尔语标音。

　　赵元任在音乐创作和音乐理论方面的研究，同样表现出严谨的科学精神。他在美国学习期间，认真学习了和声、对位和作曲等课程，在其后音乐创作实践中严格遵循音乐创作的规律。

　　在介绍赵元任《新诗歌集》时，萧友梅称赞他是中国的舒伯特，认为这种舒伯特派的艺术歌曲“替我国音乐界开了一个新纪元”。