刚直不阿作风正派
周培源为人正直无私，刚直不阿，作风正派，从不阿谀奉承，投机取巧。在任何时候任何情况下，不管来头多大、压力多大，他从来不说违心的话、不做违心的事。“文化大革命”期间，“中央文革小组”组长陈伯达为了抢夺“科学革命的旗手”，提出要组织批判爱因斯坦的相对论。他特地跑到北京大学找周培源，要他参加批判，并要召开万人大会，“打倒爱因斯坦”。
周培源对这位不速之客非常冷淡，并明确指出：“爱因斯坦的狭义相对论批不倒，爱因斯坦的广义相对论在学术上有争论。”把陈伯达顶了回去，一点不留情面，更无丝毫迎合之举。陈伯达刮起一阵“打倒爱因斯坦”的黑风后，周培源从科学实际出发，不畏权势和巨大压力，不随波逐流，坚持科学真理，旗帜鲜明地指出爱因斯坦是打不倒的。
“文化大革命”期间，“四人帮”曾刮起一阵取消基础理论研究的歪风。周培源根据科学技术发展的规律，从国家近期和长远利益的综合考虑出发，态度鲜明地坚持基础理论研究。
他写了一篇5000多字的阐述基础理论的教学和研究的必要性与重要性的文章，于1972年10月6日在《光明日报》上发表。同时还给周恩来总理写了一封信，提出加强基础理论研究的三点建议。周总理在这封信上作了重要批示，指出基础理论研究很重要，并告诫人们对于基础理论研究重要性的认识不要像浮云一样，一吹就过去了。
1958年“大跃进”时，共产风、浮夸风刮遍全国，一些提法和做法都很错误，同时有的人还不顾事实地宣传粮食亩产几千斤、几万斤，等等。当时周培源认为这些都是不符合科学实际的，从不附和。
数十年来，周培源信奉的格言是：“独立思考，实事求是，锲而不舍，以勤补拙。”
报效中华毅然回国
1945年年底，美国国防委员会战时科学研究与发展局工作结束，从事鱼雷空投入水研究组的大部分科研人员被美国海军部留下，并成立海军军工试验站。周培源也应邀留下，年薪高达6千多美元（相当于80年代末的6万多美元）。由于该试验站是美国政府的一个科研机构，应聘人员要有美国国籍。为此，周培源当时明确提出：第一，不做美国公民；第二，只能担任临时性职务；第三，明年7月要代表中国学术团体去欧洲参加国际会议，因此只能工作到明年6月末。这三个条件都被美方接受。周培源准时于1946年7月离职赴欧，并于1946年10月由欧洲返回美国，1947年2月全家乘船离开旧金山前往上海。
那时，国民党已全面发动内战，且国民党统治区政治腐败、通货膨胀，人民苦不堪言，政权即将崩溃。因此在国内外的不少朋友得知周培源全家要回国时，都劝他不要回国。周培源当时的想法是：“我虽不了解共产党的政策，但共产党人也是中国人，共产党在延安时期的政绩就有很高的声誉，而且我是由清华大学派送去美国进行科学研究的，所以我一定要回到清华大学工作。”
那个时候，清华大学教授的月薪仅约相当于25美元。周培源丝毫不留恋美国的优厚待遇和良好的工作条件，也不相信国内外敌对势力对中国共产党的种种不实宣传，报效中华之心极为坚定，带领全家于1947年4月回到北平。