钱学森绝对没有料到，他在麻省理工学院的时光竟会如此短暂而不愉快。部分原因在于，1935年的麻省理工学院尽管已经是一所全美顶级的飞行技术学院，但它对航空工程却未能给予足够的重视。另外的原因则要归于钱学森的个性：他与麻省理工学院就是格格不入。
在麻省理工学院，航空学一直没有被当成一门正经的学科，而被视为与学生们在冰封的查尔斯河上举行的滑冰大赛类似的竞技项目。直到1913年，前飞机设计师梅里尔（Albert A. Merrill）组织运作了一系列非正式的航空学讲座之后，才开始萌生创建一个正式研究项目的设想。或许是因为这些讲座大受欢迎，麻省理工学院拨出了3500美元，用于建造一座实验室和一个4英尺长的风洞，并在接下来的一年中开设了航空工程学的研究生课程——这是全美国第一个与此相关的课程。来自中国的一名周姓学生是第一个拿到这门课程硕士学位的毕业生，在他之后，又有数名中国学生前来攻读这一学位。毕业后，他们中的大多数人都在中国政府和学术机构中谋得要职。
“一战”期间，这个项目迅速扩张。面临严重的飞机短缺，军队征用了麻省理工学院的风洞设备测试新型飞机。陆军和海军飞行员来到学校，接受高级训练。然而，随着战争结束，来自政府的支持迅速消失，美国政府取消了数以百计的飞机制造合同，这对刚刚起步的该项目来说无疑是一个沉重的打击。
幸运的是，1925年，古根海姆（Guggenheim）家族宣布，有意资助7名航空工程专业的学生完成为期4年的本科学习。麻省理工学院被选中作为培训基地之一，得到了50万美元的启动基金。用这笔钱，麻省理工学院盖起了古根海姆大楼，并为之配备了一个全新的图书馆和一个7.5英尺的风洞。1926年之后，整个航空工程系形成了严谨的学术氛围。在三位非常活跃的教授和两名导师的带领下，学生们不仅在飞行动力的理论方面深有建树，也精通实际飞机设计的逐个环节。他们在这里学会用乙炔枪焊接零部件，用锤子、钳子和铁砧弯曲金属。不止一名学生用木头和铁丝造出了可以实际飞行的双翼飞机。
钱学森在清华大学的导师王士倬，便是这个项目1928届的毕业生。“在中国，我们的老师都劝我们说，你们一定要去麻省理工学院，它被认为是美国工程学院的代表。”一位庚款留学生回忆道。
当钱学森1935年来到这里时，这一项目已经网罗了多位飞机制造业的先驱人物，其中首推讲授航空工程学的机械工程系系主任杰罗姆·亨塞克（Jerome Hunsaker）。他以在飞船设计建造领域的突出造诣而闻名，并负责设计了第一艘飞越大西洋的NC-4号飞艇。有“美国气象学之父”之称的卡尔·罗斯比（Carl Rosby）则是系里的另一位能人。除此之外，航空工程系的毕业生也开始成为方兴未艾的航空工业中的业界领袖。一些人的名字将在未来变得家喻户晓，比如指挥了轰炸东京的詹姆斯·杜利特尔（James Doolittle）将军，麦克唐纳飞机制造公司的创始人J. S. 麦克唐纳（J. S. McDonnell），以及道格拉斯（Douglas）飞机公司的唐纳德·道格拉斯（Donald Douglas）。
钱学森在麻省理工学院的学习成绩依然保持着自幼一贯的优异出众。有个故事说，他曾经选了一门课，考试时，教授出的考题非常之难，绝大多数人都没能及格。学生们经过一番讨论后，决定向这位教授提出抗议。“当他们来到这位教授的办公室前时，”麻省理工学院毕业生韦伯斯特·罗伯茨（Webster Roberts）这样写道，“他们发现，钱学森的考卷正贴在门上。钢笔写就的试卷工工整整，没有一点错误，也没有一丝橡皮擦拭或涂改的痕迹！于是再没人向那位教授抗议了。”
但是，麻省理工学院所重视的除了考试和开创新理论，还有动手实践的能力。而在这一点上，钱学森就全然无助了。钱学森在麻省理工学院结交到了一位密友威廉·桑斯特（William Sangster）。两人经常一起在桑斯特租住的一对苏格兰退休夫妇的家中搭伙吃饭，这里的伙食比起学生食堂里的饭菜要讨人喜欢得多。吃完晚饭，桑斯特会在钢琴上弹奏几曲，而钱学森以次中音号在旁伴奏。“当钱学森吹得高兴时，他会微微一笑。”
有一天，在实验车间里，钱学森满面忧愁地走到桑斯特的工作台前，向他请教如何将防火墙后的燃料罐与防火墙前面的发动机连接起来。桑斯特几乎难以置信。在防火墙上钻个小洞，用铜管把燃料罐和发动机一接，不就完事了吗？桑斯特这样对钱学森说，他认为这个问题“相当愚蠢”。但是，“看起来，钱学森很难接受可以在防火墙上钻孔这样的事实”。
或许在钱学森的想法中，破坏防火设备的完整性是绝对无法接受的。但也有另外一种可能，即是在钱学森成长的环境中，像这样的体力劳动被认为应该是仆佣们才干的事。多年以后，一位医学研究人员如是评论在中国知识分子精英身上普遍存在的这种特性：“（他们）对手工劳作存在一种普遍的鄙视。这让人想起小心地留着3寸长指甲，并用竹制或银质指甲套加以保护的官老爷。指甲的长度暗示着用手的机会是多么的少，而这是权势的终极象征。”不管对动手操作是鄙视还是全然的不熟悉，很明显，实验室操作令钱学森心生畏惧，而在车间工作则令他疲惫万分。
更糟的事情还在后面。钱学森的硕士论文是关于湍流边界层的。所谓边界层，指的是与特定物体表面接触的一层稀薄的气体或液体。当飞机飞行时，机翼上便包有一层这样的气体粒子。它们会产生轻微的摩擦，影响到整个机翼上方的空气流动模式。1904年，杰出的德国空气动力学家路德维希·普朗特（Ludwig Prandtl）发现了湍流边界层的存在，他发现，必须要将这个湍流边界层的流动模式与其他部分的空气流动模式区分开来。在研究翼面（阻断空气的任何物体）表现时，普朗特将“阻力”的概念引入了飞机设计之中。如果在讨论机翼表面时忽略了这个湍流边界层，飞机的飞行速度不仅会变缓，甚至有坠毁的危险。
有两种湍流边界层：层流与紊流。前者可以自如地穿过机翼表面，而后者却会以不同的速率在空气层之间翻腾。有时候，安静的层流也会变得躁动不安，就像点燃的烟头飘散的烟雾一样，它先是垂直向上，但在空气中行进了一段距离之后，便会随机地翻滚波动。总的来讲，湍流边界层的流动在翼面前端呈现为层流，而在翼面尾端则呈现为紊流。钱学森便致力于通过实验研究这种现象。
1936年夏天，钱学森与来自宾夕法尼亚州杰拉德市的机械工程系二年级硕士研究生W. H. 彼得斯（W. H. Peters）合作，在讲师约瑟夫·比克内尔（Joseph Bicknell）、副教授海因里希·彼得斯（Heinrich Peters）和教授理查德·史密斯（Richard Smith）的指导下，开展对湍流边界层的研究工作。两个人绝大多数的时间都花在古根海姆大楼一层的风洞实验室里。他们所使用的风洞是个四方形的装置，8英尺长，54英寸高，33英寸宽，三面墙壁用三合板做成，第四面则是打磨得极其光滑的钢板，以减少摩擦。一架由两马力发动机驱动的电扇将空气从风洞中吸出来，从而模拟风掠过机翼表面时所产生的力。钢板上装有铜质皮氏管插销，它与压力计相连接，以测量风洞中测试区的风压。
钱学森和彼得斯此前未能预料到的一个问题是仪器自震产生的严重摇晃。为了研究湍流边界层，钱学森需要空气平缓地以平行方向流过钢板，但风扇的呼啸和风洞的形状却令仪器剧烈震动，甚至原地打转。风洞测试区的压力起伏不定，每一天，从早上8点到晚上10点，钱学森都在绞尽脑汁，设法令气流平顺下来。
这项工作既单调乏味又充满挫折感。风洞安装在地面上，钱学森要不断地俯身下去，蹲着调整里面的皮氏管、风扇和压力计。他试着将一块粗棉布堵在风洞的出口处，以消除气流的旋转。他还将直径3英寸的铁皮管焊接起来，制成一个蜂巢式的装置，放在风洞内部，试图纠正气流的扰动。然而，所有这些尝试都没有收到任何成效。
“我们没有获得任何有意义的结果，”彼得斯回忆道。他后来放弃了自己的研究生论文，“气流扰动的问题把一切都毁了。”钱学森的结论与彼得斯并无二致。在长达36页的公式和图表之后，钱学森附上了风洞的照片，并写道：“从现有风洞获得的结果因设备问题相当受限……除非作出相应的更改，否则现有的风洞无法得出任何确定性的结论。”
如果说这件事令钱学森深感失望的话，至少他掩饰得很好。在他的搭档的记忆中，钱学森是个“害羞的好人”，寡言少语但却能与人合作愉快。钱学森是如此的沉默，以至于彼得斯对于他打算离开麻省理工学院这件事一点都不知情。
关于钱学森为什么在麻省理工学院仅仅待了一年就离开，历来猜测纷纷。所有关于离开动机的故事都各自不同。我们所知道的是，他在麻省理工学院的日子相当孤独。一位教师回忆道，钱学森在系里几乎“不存在”。天性羞涩而不善交流，再加上蹩脚的英语，令他的同学很难理解他在说些什么。钱学森把自己封闭了起来，转为向他的终生所爱和最好的朋友——古典音乐——寻求慰藉。1935年到1936年间，波士顿交响乐团在科索维茨基的指挥下一共举行了20场演出，钱学森场场不落。“这是我唯一的娱乐方式。”他后来回忆道。
但很显然，包括学术方面的其他因素也左右了钱学森的决定。有人说，钱学森是被迫离开麻省理工学院的。这个故事的一个版本来自钱学森的好朋友安德鲁·费耶尔（Andrew Fejer）。费耶尔回忆道，钱学森曾经对他说，当他跟项目主任杰罗姆·亨塞克表达他对航空项目过于重视实验的不满时，亨塞克回答道：“听着，如果你不喜欢这里，你最好回中国去。”
另一个版本的故事则宣称，钱学森本来是想留下来攻读博士学位的。但夏茨维尔·奥伯（Shatswell Ober）教授告诉他，他必须先在飞机制造业获得某些实践经验。“这实际上就是在说，不，别待在麻省理工学院，到别的地方去吧，”一位间接听到过这个故事的麻省理工学院校友贾德森·巴伦（Judson Baron）回忆道，“我想，钱学森宁愿去上其他学校，也不愿进入实业界。”
由于当时美国航空工业中弥漫着歧视亚洲人的风气，钱学森很可能不愿——或者是不能——找到一份这样的工作。据曾经担任过他秘书的王寿云回忆，钱学森在麻省理工学院就读期间，曾被要求到“不欢迎中国人的美国飞机制造厂”工作。与他生活在同一时期的留美学生对此表示认同：“在二战之前，尤其是在大萧条时期，只有美国白人才能在知名的美国公司里找到工作，这被视做理所当然的事。”钱学森的一位日本同班同学这样回忆道：“在大学里获得学位的亚洲人无论是否拥有公民权，都别指望能在美国公司里找到合适的位置，只有继续读书，希望有朝一日返回祖国后可以找到机会。”
除此之外，对于所有年轻的航空工程师来说，20世纪30年代也是一段艰难岁月。即使钱学森是美国白人，找工作也不是一件容易的事。在大萧条的冲击下，飞机制造公司纷纷裁员。更糟糕的是，1935年通过的中立法案限制出售武器给交战中的国家，这进一步影响了飞机制造业。钱学森的白人同学一方面四处投递求职信，另一方面则仔细翻看《飞行文摘》（Aero Digest）和《航空周刊》（Aviation Week）这样的行业杂志，希望从里面找到正在招聘的新公司的地址。“收到的回复几乎总是一样的，”一位麻省理工学院校友回忆道，“没有职位空缺。”
也许换一个时代——假如钱学森可以在飞机制造公司找到一份工作，或是麻省理工学院的教授能够体会到钱学森所面临的实际困难，帮助他谋得一职或甚至对他的研究工作给予大力支持——钱学森可能也就待在麻省理工学院了。但如果真的如此，那将是一个错误的决定。很明显，无论是在性格上还是在科学研究的方法论上，钱学森与麻省理工学院都大相径庭。钱学森想要的是一种理论式的教育，而麻省理工学院的航空工程系则以培养具有实际动手能力、一毕业就能投入生产的工程师为傲。钱学森在中国的图书馆中长大。他的大多数美国同学则在家庭式实验室中成长，在谷仓、地下室和车库里整日摆弄汽车零配件、脚踏车、无线电和飞机模型。钱学森曾经对朋友说，美国人“一生下来手里就拿着活动扳手”。他一度希望师从于麻省理工学院的一位伟大的数学科学家，但他的教授们按照麻省理工学院校友鲍勃·萨默斯（Bob Summers）的话来说：“与其说是科学家倒不如说是探险家。”一位科学史评论家这样写道：“他们心目中的科学家是像爱迪生那样的，而不是像爱因斯坦那样的。”
不管怎样，当钱学森离开麻省理工学院时，他的心情一定非常沉重。如果就此收拾行李返回中国，他的选择将十分有限。一个硕士文凭可以为他谋到一个管理者的职位，但那并不是他想要的。从本质上讲，如果现在就回国，那便意味着放弃他以专业技术帮助中国抵御外侮，进而将中国从国民党的腐败统治中解救出来的梦想。
而从个人层面上来讲，在研究生课题只完成了一半的情况下就回国，会令钱学森不得不面对父亲和老师失望的目光。更重要的是，他也想为自己找到一个说得过去的理由，来解释为什么会在麻省理工学院学业上未有收获。
当钱学森思索未来时，一些其他的念头一定也曾在他的脑海中翻来覆去。如果他现在就打道回府，他以前所受的教育实质上就要就此中断了。当时的中国并没有一个可以与美国相媲美的类似研究机构。对于像钱学森这样好学的人，这或许是不得不面对的最痛苦的现实。不管那些拿到庚子赔款奖学金的中国留学生前往美国学校前是否考虑过自己在那里可能收获些什么，很清楚的一点是，他们中的大多数人都为那种纯粹的学术研究氛围和大量投入的研究资源所震撼，尤其是在有潜在军事或工业应用前景的那些学术领域。“当我们看到美国大学里都有些什么之后，”同样在麻省理工学院就读的另一位留美学生如是说，“我们再也不想回国了。大多数中国学生都努力让自己在美国停留的时间尽可能延长。”毋庸置疑，钱学森不可能完全不受这些因素的影响。
前思后想的结果令钱学森只有一条路好走：在美国寻找另外一所愿意录取他攻读博士学位的研究生院。与麻省理工学院一样拥有类似项目的学校只有位于西海岸、当时还不甚出名的加州理工学院（California Institute of Technology）。非常重要的是，在加州理工学院主持古根海姆航空实验室的西奥多·冯·卡门以秉承德国式的理论思辨传统而著称。这里强调的是纸和笔，而不是动手实践的经验。
幸运的是，冯·卡门曾经担任过管理庚子赔款奖学金项目的清华大学的学校顾问。或许冯·卡门会愿意收钱学森为学生呢？钱学森本可以写信或打电话去探一下口风，但那可不是他的风格。他直接跑到了加州理工学院，与冯·卡门亲自会面。