王天眷很小就接受了浓厚爱国思想的熏陶，这使得他从小就立志报效国家。17岁时，他就读于上海交通大学，22岁考入清华大学物理系，毕业后先后任职于清华大学无线电研究所、重庆大学电机系讲师、航空委员会空军通讯学校研究院等，1947年赴美国留学。

从他踏足美国这片土地上起，他就从来没有忘记自己是中华儿女的身份、从来没有忘记报效国家的志向，因此从进入俄亥俄州立大学物理系仅隔一年时间就获得了硕士学位，之后他又先后在哥伦比亚大学物理系、哥伦比亚大学辐射研究所、爱第立脱儿公司高等物理研究院等机构继续深造、研究。就在他觉得自己有足够的能力报效祖国准备回国时，他发现他已经回不去了。

就在王天眷着手回国事宜的时候，他的护照被扣留了，原因则很可能是和他研究的课题和所从事的职业有关。后来，牛津大学物理系主任B.勃里奈为他担保、法国时钟委员会发出赴法讲学邀请，他才有机会离开美国转赴欧洲。到了欧洲之后，先后游历和考察了英国、联邦德国、意大利等国，后经驻法大使馆、驻瑞士大使馆的帮助，从奥地利绕道，途径匈牙利、前苏联等国终于回到祖国。