李四光离开祖国，远渡重洋，来到了大不列颠帝国的首都——伦敦，他先到中国驻英使馆留欧学生监督处报了到。当时，我国派去英国的留学生中学理工科的较多，李四光按照自己的志愿，决定在英国学习采矿。然而，由于他的英语基础不好，数理化等学科也还需要补习，因此他决定先进预科，以巩固数理化等方面的知识，并补习一下英语。
英国的大学中，当时采矿方面较为著名的有伯明翰大学，学费比历史悠久的牛津、剑桥等著名大学要少一些，但教学设施方面却不差，李四光决定进伯明翰大学。他填写了志愿书，经留欧学生监督处同意后，由伦敦到了伯明翰城。这个学校的理工科设在伯明翰市郊的艾及巴思顿，从市中心坐有轨电车大约需要半个小时的时间。校园坐落在一块平坦而开阔的土地上，绿草如茵，给人一种清新的感觉，校园中央高耸着一座方形的尖顶钟塔，塔的左侧有一群圆顶建筑，右侧有一座平顶楼房。校园四周有通往各处的马路，路的两侧种着树木和冬青。稍远处有几座显得稍高的土丘，丘边的水池清澈见底，显得十分壮丽，幽雅。
在学校附近，李四光找到了一家公寓住了下来。这家公寓的主人是一位上了年纪的英国老太太，待人非常热情。同时住在这家公寓的还有一位中国留学生丁燮林，他是江苏泰兴人，也在伯明翰大学学习。他们两人异国相遇，一见如故，从此两人相互帮助，相互学习，非常亲密。他们还拜房东老太太为师补习英语。丁燮林比李四光小四岁，开始学的时候，丁燮林进步很快，而李四光却比较吃力，但他特别用功，通过一段时间的耳听、眼看、书写、口念、就很快就赶上了丁燮林。二人的英语水平可以说是伯仲之间。李四光还看了不少英国的古典文学作品，在不到一年的时间里，他的英语就说写自如了。后来，他又利用业余时间学习了德语、法语。他在外文方面下的工夫，为他后几年的学习，乃至日后的科学研究活动，奠定了基础。
1913年12月27日，中国政府教育部颁发了《留欧官费学生规约》，规定留欧官费生留学期间一律不得转学及改赴他国学习，未毕业前不得请假回国，违者停止官费。这样，李四光就在伯明翰大学，一直读到毕业。
李四光在预科学习期间，感到以前留学日本的时候，在数学方面下的工夫还不够，数学成绩的好坏，直接影响到其他理工学科，现在必须从头开始，扎扎实实地学下去，尽快赶上来。平时演算习题，不论怎么繁难，他都坚持一定要演算出结果。丁燮林的数学要稍好于李四光。有时丁燮林见他演算得很费劲，就想把自己演算出来的结果给他参考，让他走点捷径。然而，李四光总是婉言谢绝，哪怕自己埋头苦苦算上一天，两天，也要算出结果，才肯放手。他感到学习数学，年龄即使稍大一点，只要能坚持循序渐进，坚持演算，经过自己的努力，还是可以学好的。
学校的生活，和一般英国人的生活习惯一样，晚间睡得晚，早晨起来得也晚。李四光是一位不知疲倦的学生，即使是休息时间，也总不放松学习。偶尔在假日公园，看看名胜古迹，身边也总是少不了一叠报纸杂志，或是一卷厚厚的书籍。在林荫道上，在湖畔，一坐下来思考着一些问题抄抄写写起来。
然而，这样平静的学习生活，并没有持续多久，1914年8月4日，第一次世界大战爆发了。以英、法、俄为一方的协约国和以德、奥、意为轴心的同盟国，为了重新瓜分世界，争夺殖民地，而展开一场长达四年之久的世界大战。英国为了打赢这场战争，将国内的生产机构转为军事生产，这样必然影响人们的日常生活。物价飞速上涨，日常生活用品日益短缺，糖买不到了，冬季取暖的煤，也越来越少；最麻烦的是晚间电灯，因军工生产大量用电而常常不亮，买支蜡烛都十分困难。在中国留学生中，有的人因日益恶化的学习环境，感到待不下去了，干脆打起行装停学离英回国。但是李四光却凭着他从小养成的吃苦耐劳精神，节衣缩食，克服种种困难，坚持学习下来，直到学成回国。
经过一年的学习，李四光从预科转到采矿科，他感到要采矿，离不开地质，因此，他决定转到理科学地质专业，担任李四光的导师研究地质学这门学科。
在伯明翰大学地质系，地质学家包尔顿教授。这位教授对中国留学生非常热心，李四光对他也很尊重，经常向他请教一些问题，从中获益匪浅。英国地质学家威尔士、和卢也在地质系任教。李四光与他们来往比较密切。威尔士经常邀请李四光到家作客。李四光为威尔士的孩子们做过不少玩具，其中有一个是单翼飞机模型。这种单翼飞机，是大战中刚刚出现的一种新式武器，由于李四光做得非常精美、逼真，以至于孩子们对这个新玩具特别喜爱。李四光在英国还学会了拉小提琴，有时在威尔士家做客，在大家一再要求下，即兴演奏一曲，深得他们一家人的欣赏。在1973年2月，威尔士教授给英国剑桥大学地质系的哈兰德博士的信中还及此事。
大战期间，英国许多大学因战事影响，收入减少，加之物价上涨，支出降不下来，只好靠增收学生的学费，才能维持正常的教学。中国当局针对这种情况，对留英学生虽然同意了每人每月增发学费20镑，但仍然是杯水车薪不能解决留学生的生活问题，很多人的正常学习生活受到影响。此时恰逢英国许多矿山，工人和技术人员应征入伍，各矿山劳动力紧缺，李四光就利用假期，跑到矿山去，找了个临时工作，赚点生活费，继续自己的学业。也正因为有了这段经历，使李四光对矿工生活，有了实际体验；同时对这一带的地质情况也有了实地的了解。这样，不仅补足了继续学业的费用，而且还上了理论与实践相结合的实验课。
李四光在地质系这几年的学习中，李四光尽管生活非常艰苦，但对学习丝毫也没有放松。他知道，在近代地质学的启蒙运动中，英国居重要的位置。能够在这里学习，是一个难得的机会。
1917年7月，李四光学完了所有的课程，通过了学士学位考试。之后，他利用暑期这段空余时间，查阅了一些地质资料，绘制出出一幅中国若干地区地质情况的路线踏勘图，送给指导教授包尔顿审阅。包尔顿阅后，当即高兴地指出：如果能在此基础上再做些工作，将是很有意义的。包尔顿具体建议李四光：既要总结前人所做的工作，包括一些成绩和不足之处，也要说明今天已发展认识到的程度，还要进一步提出今后努力的方向和研究的突破点。包尔顿这番话，尽管是研究工作的一般的提示，但是在热爱祖国的李四光的心中，却激起了强烈的责任感。他立即着手广泛得当时能收集到的有关中国地质的科学文献，进行仔细地阅读，并摘录其中有关的材料，经过自己的思考，提出自己的评价和见解。最后用英文写成了长达380页的论文，题为《中国之地质》，此文于1918年5月提交伯明翰大学地质系，6月通过了答辩。
在这篇论文的绪言中，李四光开篇引证了中国古籍，指出地球上重大的地质过程和地球内部的物质状态早已受到中国古代思想家的注意。例如，中国古籍中“沧海桑田”，表明地面升降的事实，正是近代地质学中“均衡论”的理论依据；而用“火行于地”来推测地下的情况，则可以认为是“火成论”的观点。可惜的是，中国古籍中却没有进一步的明确的描述和形成科学的结论。中国古代有大量关于天文的著述，也有关于水利的著述，还有许多关于冶炼的著述，但却没有系统的著述地质方面的著作。
随后，李四光把视线转到地质学的研究现状。他说：“近几十年来，科学普遍迅速的发展，影响所及，促使地质学家也要作出应有的贡献。古老景观神奇般的再现，地球有史以来各个时期古地理的多种推测，自然而然地唤起了地质学扩大知识范围的渴望；加上开发矿藏的需要日益增长，使得许多西方地质学家把注意力转向新的领域——远东。现今，为数不多的有关亚洲大陆上幅员辽阔的中华民国的地质知识，大都是在这种时代召唤之下，由那些热心的考察者努力作出的结果。”写到这里，李四光指出：“今天，我们要求新兴一代的炎黄子孙，认识到自己肩负的责任，也许并非为时过晚。一方面，要为纯科学的发展而尽力；另一方面，要用学来的知识，直接或间接地去解决有关工业方面的问题。就地质学而言，需要的是发挥我们的聪明才智，去倾听和研读自然界早已为我们准备好了的‘古树残叶的语声和古河道的经文’。”由此可见，李四光当时是怎样运用他掌握的知识，抒发他爱国的激情的。
绪言中还列举了20多位西欧和日本的地质学者的工作，以及我国两位知名的地质学家丁文江和翁文灏的工作。在整个论文中，李四光引用地质学家的著作远远超过了这个数字，论文后附的文献目录，共有306篇。可见李四光为写这篇论文曾非常用心地翻阅了大量的名人著作。
全篇论文分为地形、地质概况和经济地质三个部分。其中，以地质概况中的地层一章内容最为丰富，篇幅占整个论文的二分之一以上。在叙述每一时代的地层之后，都附有详细的化石表，注明每种化石出现的层次和地点。可以看出，李四光当时是把地层学研究作为最基础的工作，并且是下过一番苦工夫的。
由于这篇论文的提出，李四光被伯明翰大学授予自然科学硕士学位。
在李四光结业之前，伯明翰大学有位老师告诉李四光，印度有一矿山需要聘请一位地质工程师，如果愿意去，他可以推荐，对于这位老师的好意，李四光婉言谢绝了。他的志向是回国为祖国找矿。
李四光为了能在回国之前多获得一些实际地质知识，来到英国东部康卫尔锡矿工作了一段时间，随后又赴欧洲大陆作了一番地质考察。他登上了阿尔卑斯山，到了琳琅满目的冰川地形，留下了深刻的印象。他一直保存着当年拍摄的有关阿尔卑斯冰川的照片。
中国人自己办地质事业，是1912年开始的，当时在南京临时政府实业部设立了地质科，由毕业于日本东京帝国大学地质科的章鸿钊任科长。1913年，章鸿钊来到北京工商部，开始调查煤矿，因感人力不足，于1914年开办训练班（初名地质研究所），招收学员30名，这是我国自己培训地质人员的开端。丁文江、翁文灏参加了训练班的教学工作。1916年训练班结束时，仅有13名学员毕业，其中有谢家荣、谭锡畴、王竹泉、李学清、李庭祜、庐祖荫等。就在这一班毕业生的基础上，成立了农商部地质调查所，由丁文江任所长，翁文灏任副所长，所址设在北京西城兵马司胡同九号。
1919年，丁文江到欧洲考察，知道李四光是专学地质的，特地找到李四光，希望他回国教书，并且指出，培养地质方面的人才，是中国当务之急。这虽然和李四光原来的志愿不尽相符，但他还是同意了。不久，李四光接到北京大学校长蔡元培发来的聘书，请他回国担任北京大学地质系教授。
李四光在英国留学六年多了。在这六年多的时间里，他看到在国内，袁世凯虽然垮台了，但中国仍然被北洋军阀控制着，仍然是军阀混战，你争我夺，乱哄哄的局面；在国际上，大战虽然结束了，但是，列强的明争暗斗，还是无休无止。中国过去总是说要学西方文明，到西方仔细一看，不过如此。
1920年初，李四光携带行装从伯明翰来到了伦敦。在这里见到了丁燮林、王世杰。他们两人此时也收到蔡元培的聘书，丁被聘为北京大物理系教授，王被聘为法律系教授。他们一起筹划回国的事情。2月下旬，李四光的几位朋友，邀他去巴黎给勤工俭学的学生作一次演讲。李四光想，留法勤工俭学的学生，大多数是胸有大志的爱国青年，他们远涉重洋，到欧洲来半工半读，生活是很艰苦的，有机会和这些同学见面，讲讲自己的一些想法，介绍自己的某些体会，是很有意义的。李四光把这件事和自己准备演讲的提纲，告诉了丁燮林，丁听后十分高兴，并把他打算在英国物理杂志上发表的一份有关电子方面的材料，借给李四光参考。
2月28日上午，李四光来到了巴黎，在留法勤工俭学会的集会上作了题为《现代繁荣与炭》的演讲。
李四光在开场白中，首先谈到对事物的认识应该有科学的态度。他说，我们看待世界上的事物或讲到学术问题，要认真分析它，研究它，看它究竟是怎么一回事，不能人云亦云。搞学术研究工作的，“心只管细，胆只管大”，只要掌握了逻辑思维，就能获得成功，“当然，我们万不可故意与人家辩驳给人家添乱；或者固执己见，或者好作奇谈，沽名钓誉。那种胆大妄为的行为，不是勇猛精进的正道，而实在是一种精神病；已脱离自己治学的正轨。真正治学精神，大概可用一句话可以包括，那就是为真理奋斗。”
李四光根据他这几年在伯明翰学习地质的体会，对造成西方繁荣的物质基础，谈了自己的看法。他说，什么东西是现代繁荣的最大凭据？这就是大家知道的天然势力，即能量。天然势力的种类虽多，但可以供人类使用的，至今只有热能。如若没有热能，地球上今天恐怕没有生物，人类当然也就不存在了。热能从何来？小部分由石油产生的，大部分是由煤炭产生的。从地质学上考究起来，我们确知世界上的石油远不及煤炭多。所以最要紧的问题，还是在煤炭。哪一个文明的国家，不是投入许多人力拼命地挖煤炭。只有中国对煤矿至今未做过详细的调查，许多煤厂，尚没有采用新的技术方法开采。
李四光一口气把中国各省已知的煤矿逐一数了一遍。就当时的资料来说，他的介绍是相当全面的。反映他虽身在国外学习，却时刻关心着国内资源的开发和利用。看来，他这次演讲的用意，是想用国内蕴藏着的丰富的煤炭资源，来激发留法勤工俭学的同学们的爱国热情，回国建设一个繁荣昌盛的国家。既然他所说的现代繁荣是与热能资源煤炭分不开的，那么我们的祖国，煤十分丰富，何愁其不能发展起来呢？
接着，李四光谈到应该把眼光放远到未来。他说，欧战以前，全世界一年所烧掉的煤炭，大约有十亿吨，如若这个数目可为将来每年消耗煤炭的平均量，那么中国一国的煤可供全世界一千年之用。但是，人类越趋于繁荣，煤炭的消耗量就越增加，有朝一日，中国的煤要烧尽，世界的煤也要烧尽，那时，有什么东西，用什么方法，来代替煤炭，维持人类的繁荣？他认为这个问题很大，有研究的必要。同时，也指出了可以研究的途径。他把能量的来源概括地分为三类：一是天体转动的，如潮力；二是原子裂变的；三是太阳送来的，包括直接的太阳辐射能和间接的水力、风力等。他还指出，除了这些流行于地表的热能外，另有一种蕴藏于地中的热。
九十多年前，一个刚从学校毕业的学生，就能从专业的角度出发，如此明确地提出了研究解决能源问题的重要性，并对当时的煤炭资源和其他能源进行广泛、系统的论述，即使今天看来，也是令人叹服的。
