求学与救国
李四光原名李仲揆，1889年生于湖北省黄冈县回龙镇，父亲李卓侯是一位在破庙里教私塾的穷秀才，仲揆兄弟姐妹共6人。祖传的3亩地和父亲教书的微薄收入便是全家生活的依靠。仲揆边帮妈妈做家务，边抓紧一切时间勤奋学习。1902年，仲揆听说省城武昌开办的官费高等小学堂正在招生，便请求父亲为他借了路费前去投考。
武昌和汉阳、汉口合称武汉三镇。这里是长江、汉水交汇之处，汉口、汉阳位于长江西岸，分列汉水两旁，与在长江东岸的武昌组成“品”字形，是内河航运的中枢，故称“九省通衢”。李仲揆乘坐的小船先在汉口码头停靠，随后向武昌驶去。仲揆生平第一次出远门，他好奇地四处观望，江上船只穿梭来往，白帆点点，十分热闹。两岸建筑各式各样，有的楼顶上还安装着十字架。经过摇船老艄公的解释，仲揆才得知那些高楼大厦都是英、法、德、日等国租界。这一切都深深地震动了这位爱国少年的心。他暗暗发誓：
一定要考上高等小学堂，将来学到本领，为祖国服务。
经过大半天的水上颠簸，李仲揆在新河码头下船，来到久负盛名的武昌城，他甚至来不及仔细观看一下周围的景致，便匆匆奔向报考地点。
走进一座宽敞的殿堂，李仲揆在报名处买了一张报名单。也许是初来乍到，也许是情绪紧张，当他坐在桌前提笔填表时，竟在姓名一栏里填上了“十四”两个字。把年龄错填到姓名栏，怎么办呢？再买一张报名单吧，衣袋里的钱已经所剩无几，他静下心来想了想，先提笔将“十”改成了“李”字，可是“四”字如何改呢？总不能叫“李四”吧，多难听啊！他正在左思右想，忽然抬头看见大厅中央悬挂的一块横匾，上刻“光被四表”几个大字，仲揆从这块横匾得到启示，他立即提起笔来，在“四”的后面工工整整写上“光”字。从此以后，他的原名鲜为人知，而李四光这一名字却越叫越响亮，不仅传遍全国，而且名扬世界。
李四光以考试名列第一的优秀成绩被录取。在高等小学堂，他学到了算术、理科、地理、体操等新课程。
当时中国正值清朝统治末年，政治腐败，帝国主义列强在中国恣意横行，统治阶级内部的一些有识之士，兴办教育，以便为封建王朝培养富国强兵的人才。湖广总督张之洞便是其中的一个。他曾经指出：“中国不贫于财，而贫于材”。他主张“选真材，择时用”，并且认为“小学为急第一”。为此，他在武昌先后创办了几所高等小学堂，并且明文规定：凡成绩优秀者，均可以保送到美国、英国、日本去留学。李四光在学校勤奋刻苦，一连几次考试成绩都为榜上第一。按照学校的规定，他被保送到日本留学。
能够出国深造，李四光感到说不出的兴奋。在选择留学专业时，这位爱国少年不禁想起父亲给他讲述过的甲午海战、庚子赔款等历史事件，想起他离家乘船来武昌时，一路上看到洋人欺压中国百姓的情景，他天真地认为：
中国屡受欺辱，其重要原因便是中国没有强大的军舰。他决心学习造船。为祖国造出第一流的兵舰，抵御帝国主义列强的入侵。怀着美好的愿望，李四光东渡日本，他先在宏文学院学习，后又进入大阪高等工业学校学习造船，他刻苦用功，准备学好科学知识，为国效力。
有一天，一位年岁稍长的同乡来学校找李四光，告诉他孙中山先生从欧洲来到了日本，并且邀请他参加明天举办的欢迎孙中山的大会，李四光满口答应。
1905年8月13日，在东京富士冗楼，留学日本的学生及华侨千余人为欢迎孙中山举行盛大集会。李四光随同乡来到会场，只见屋子里已经挤得水泄不通，他俩只好站在门口的台阶上。李四光踮起脚尖，朝屋里望去，孙中山身穿西装，打着手势，正在进行演说，他那富有鼓动性的语言，不时博得人们热烈的掌声。年轻的李四光再也忍不住了，拉着同乡使劲朝屋里挤去。
1905年8月20日，孙中山领导的中国同盟会在日本成立，经人介绍，李四光在一间秘密小屋见到仰慕已久的孙中山先生，并被接纳为同盟会会员。当宣誓结束的时候，孙中山拉着李四光的手叮嘱道：“你要努力向学，蔚为国用。”
李四光在日本学习6年，回国后在武昌一所中等工业学校任教。
1911年10月10日，武昌起义爆发，清王朝在辛亥革命的炮火中覆灭。
李四光是同盟会会员，在日本学过理工，又是南京临时革命政府特派汉口建筑筹备委员，因而被湖北军政府任命为实业部部长。李四光走马上任后，立即翻阅往日的卷宗档案，亲自到各厂矿调查研究，然后拟定了雄心勃勃的振兴实业的计划。1912年4月，当南京临时大总统孙中山来武汉视察时，李四光还向他介绍了自己的计划，并陪同孙中山参观已经恢复生产的厂矿。
但是，好景不长，没过多久，北洋军阀袁世凯窃取了民国大总统的职位，共和政体名存实亡。李四光的希望破灭了，他辞去了实业司司长（南京政府成立后，湖北省各部改为司）的职务，决定继续到西方学习先进的科学技术，用科学拯救贫穷落后的祖国。
1912年，蔡元培担任南京临时政府的教育部部长，李四光因参加辛亥革命有功，经本人申请，教育部批准，他和一批青年人一起前往英国官费留学。
在英国，李四光和好友丁西林一同考上伯明翰大学。经过一番深思熟虑之后，他决定改学地质专业。好友丁西林得知后非常惊讶，但李四光有自己的想法，他说：“要造船，就得有钢铁；要钢铁，就得靠采矿。我已经学了一年采矿，但我现在认为，光会采矿是不行的。中国虽然地大物博，但是科学落后。如果我们自己不能找矿，将来就是给洋人当矿工。”
为了对地质问题进行深入研究，在征得校方同意后，李四光除了主学地质专业以外，又选学了力学、光学、电磁学等课程，特别侧重钻研物理系的力学课程。在当时的情况下，要中途赶上物理系的教学进度，是要费一番功夫的。李四光毫不畏惧，迎着困难上，为了弄懂一个难度较大的问题，他常常学习到深夜。但是，李四光并不满足仅仅从书本上获取知识，他还要到野外去作实地考察。为此，他特意从旧货店买了一辆旧摩托车，自己动手加以修理，然后每逢假日，便骑车四处奔走。有一次，他不小心连人带车一起跌到山沟里，当他从地上爬起来，看到自己和摩托车都没摔坏，就又骑车继续赶路。
不久，暑假即将来临，如何度过这个难得的假期呢？丁西林谈了自己的计划：“我准备到海滨去，在那儿写作一个剧本。”然后询问李四光的打算，李四光告诉他自己打算去当矿工。丁西林听后疑惑不解地问：“为什么？矿工的生活很苦啊！你没听说过，矿工居住的地方，人们都叫它做‘黑乡’。”
李四光答道：“我不怕苦。要搞地质，就得准备吃苦。伯明翰的采矿业很发达。我既然学地质是为了给祖国找矿，我就应该去实地考察一下外国的矿井是怎么采矿的。所以去当矿工最好了。”说干就干，假期一开始，李四光就背起简单的行李，骑摩托车来到郊外的一座煤矿当上矿工，吃住在当地一位矿工家里。每天天还没亮，李四光便和当地的矿工一样，戴上安全帽，提着小鸟笼乘矿车来到矿井。小鸟对瓦斯很敏感，如果它晕倒了，工人们立即就离开矿井。在阴暗又充满危险的矿井，李四光和矿工们要从早干到晚，又脏又累。他亲身体验到了矿工生活的艰苦，也学到了许多书本上所学不到的知识。当假期即将结束时，李四光和他的矿工房东一家拍下了一张珍贵的照片，以纪念这段令他难忘的生活。
返回学校之后，李四光更加努力学习。学士学位考试日益临近，不巧李四光的腿上长了一个大疖子，疼痛难忍。丁西林劝他去医院诊治，但李四光认为花钱太多而拒绝。为了不影响考试，李四光取出他日常刮胡子用的刀片，在开水中简单消毒后，自己咬牙忍痛将疖子挖掉，然后抹上药膏。站在一旁的丁西林看着这一切不禁为李四光捏了一把冷汗。伤口还未愈合，李四光便去参加考试，他获得了学士学位，但腿上的疖子却因为没有得到及时治疗，却留下了一块深深的伤疤。
1919年，“五四”运动爆发，同年李四光获地质学硕士学位，他的英国导师鲍尔敦教授希望他能在英国继续深造，等考取博士学位后再返回中国，但李四光婉言拒绝：“不，我想把我学到的知识，尽快地贡献给我的祖国，这样更有意义。”鲍尔敦听了李四光的一番心里话之后，对这位青年学子的爱国之情深表尊敬。他问李四光：“你准备什么时候动身？”李四光回答：
“我想立刻就走，先到法国和德国的一些矿井去进行一些考察，再去阿尔卑斯山看看那儿的地质情况。”
李四光离开英国，按照计划先到法国和德国几个有名的矿区进行考察。
接着又沿莱茵河而上，到达瑞士，考察阿尔卑斯山的冰川遗迹。当他结束考察，返回伯明翰大学时，看到了一封电报和一封信。电报是印度友人拍来的，表示想聘请他去当工程师，待遇优厚；他又打开了那封信，它是蔡元培从国内寄来的，当时蔡元培担任北京大学校长，正在四处招揽人才，当他得知李四光在英国学成毕业时，便来信聘请他为北京大学地质系教授。面对祖国的召唤，李四光谢绝了印度友人的高薪聘请，毅然远渡重洋，回到祖国怀抱，为他科学救国的理想奋斗。
揭开地层的奥秘
1920年的一天，李四光来到北京大学，校长蔡元培和几位教授在理学院的办公室迎接他。互相交谈片刻之后，蔡元培便领着李四光到地质系巡视了一遍。李四光看到教室破旧，设备简陋，便向蔡元培建议将这里整修一番。
蔡元培立即表示同意，并将改建环境之事全权委托给李四光操办。在得到校长的全力支持后，李四光便亲自进行设计规划。他将理学院后面的大殿改建成一个大讲堂，又将大殿前的院子改造成一座小花园。院子两边栽上了四季长青的松柏。院子中央安装一个日晷（按照日影测定时刻的仪器）。以日晷为轴心，修建了伸向各个方向的几条放射形道路。这样，为学生们提供了一个学习和休息的幽雅环境。随后，李四光改造了实验室，添置显微镜，修理了桌椅，又将西廊下的几间旧房子改建成洗澡间。
李四光在地质系主讲岩石学。他不照搬外国课本，而是自己编写适合中国情况的讲义。为此，他不知度过了多少不眠之夜。他在教学时，特别注重理论联系实际。他常常自己动手磨制各种岩石薄片，并将它们放在显微镜下，教学生辨别不同岩石的不同折光。每逢考试，他不仅要求学生答题，还发给学生几块岩石，让学生写出这些岩石的名称、成分、生成缘由及与其他矿产的关系等等。为了获得第一手资料，李四光还经常带学生们去野外考察。1921年3月，他首次带领学生来到北京西郊，对南起中心坨，北至大觉寺，西起金庄，东至玉泉山一带的地形地貌进行考察。这次考察，学生们收获很大，因为这里的岩层走向与我国北部地质上岩层的走向大体一致，了解这里的地质状况，对于了解整个中国北部山脉和地层具有典型意义。
长期的野外考察，使李四光走路养成一个习惯，他每跨一步大约是85厘米。这样一来，在填写地质图、测量地层露头的长度、宽度之时，他只要迈上几步，就能够做到心中有数了。他还要求学生也都能记住自己一步的大致距离。
为了弄清中国煤矿的分布情况，李四光从1921年开始从事对“蜓科”化石的研究。“蜓”是一种微体古生物，中间大、两头尖，形状似纺纱用的纺锤，所以日本人称之纺锤虫。在我国，人们习惯称纺锤为“筳”，李四光以此为根据，在筳旁加个虫字，给这种微生物化石起了个新名“蜓科”。
由于它体积很小，用肉眼只能大概看到它那橄榄形的外壳，要分析它的内部结构，必须将它们磨成薄片，放到显微镜底下观看。
八月的北京，骄阳如火，酷暑逼人。李四光利用暑假，加紧对“蜓科”的研究。在薄片磨制室，李四光和助手磨薄片的工人朱师傅忙得不可开交。
朱师傅先用金刚石切刀将“蜓”化石切成磨片，然后放到配有粗细金刚砂的磨盘上，精心磨制。当磨到一定程度时，李四光便接过来亲自研磨，他手拿显微镜，将薄片放到显微镜下，看一看，磨一磨，必须磨到约003毫米的厚度，使它变成一张形同薄纸的石片。这样光线可以透过薄片，使其内部结构清晰可见，这种厚度当时并没有工具可以测量，只能依靠经验和技术。
树叶绿了又黄，春天去了又来。李四光年复一年，坚持不懈钻研“蜓科”。
通过显微镜，李四光终于看清楚“蜓科”的内部结构，那是一些蜜蜂窝状的小格子。他根据小格的不同排列，鉴别它们不同的种属，判定出它们的进化阶段，进而推断出含有这些不同种属的化石岩层的时代。例如“蜓科”是石炭二叠纪地层的标准化石，石炭二叠纪是产煤地层。由此可以根据这些已经划分出层的岩层，考察它们如今的分布状况，从而寻找出煤矿分布的规律。
这门学科称为古生物地层学。
李四光将已经鉴定出来的“蜓科”的不同种属，拍成照片，接着便投入到了紧张的论文撰写之中。他将自己多年研究成果写成《中国北部之蜓科》一书。在这部学术专着中，他根据不同种属的“蜓科”化石，解决了多年争执不下的地层划分问题。他的科学论证，不仅平息了中国北部含煤地区石炭纪地层划分的争论，而且对北美石炭纪地层的划分，也产生了重要的影响。从此之后，许多中外地质学家都开始采用这一科学方法。李四光也因为这一优异的研究成果获得伯明翰大学授予的科学博士学位。
1926年，中国地质学会在北京举行。在这次大会上，李四光宣读了他的论文《地球表面形象变迁的主要原因》。在这篇论文中，他提出了“大陆车阀”自动控制地球自转速度的学说，明确指出，地球自转速度发生了时快时慢的变化，才是引起地球表面形象变迁的主要原因。李四光提出的这个观点与美国地质权威提出的“大洋造山说”截然不同。“大洋造山说”认为太平洋底不断陷落，使它的边缘向大陆方面挤压，这种垂直升降运动，产生了环绕太平洋的美洲山脉。李四光则认为，东亚各种构造型式形成的山脉与美国西海岸边边缘山脉产生的原因大不相同。东亚许多山脉并不限于大陆的边缘，它们延伸的方向，也不与大陆边缘平行。例如阴山至天山，秦岭至昆仑，还有南岭等山脉，所以它们生成原因不是由于太平洋底的陷落，而是由于大陆本身的运动。
李四光这一崭新的理论一经提出，立即引起与会者的不同凡响。正在北大执教的美国地质构造学权威维理士流露出明显的不满。周围一些国内学者也小声议论：人家英美学者研究了那么多年，也没人像李四光先生这样标新立异！
