作為在抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)之際回到祖國(guó)懷抱的周培源，其愛(ài)國(guó)熱情是高漲的。在西南聯(lián)大任教時(shí)期，他抱著科學(xué)家應(yīng)為反戰(zhàn)服務(wù)，以科學(xué)拯救祖國(guó)危亡的志向，毅然轉(zhuǎn)向流體力學(xué)方面的研究。并為此在當(dāng)時(shí)交通不暢的情況下，在敵機(jī)狂轟濫炸的危境下，周培源第三度赴美進(jìn)行此方面的研究。

作為我國(guó)唯一曾在愛(ài)因斯坦身邊長(zhǎng)期從事相對(duì)論研究的科學(xué)家周培源，主要以研究理論物理學(xué)為重點(diǎn)。早在周培源首次執(zhí)清華大學(xué)教鞭后，曾利用一年的休假時(shí)間，赴美國(guó)普林斯頓高級(jí)研究院從事理論物理研究，參加了由愛(ài)因斯坦主持的廣義相對(duì)論高級(jí)研討班，成為“12個(gè)半懂得相對(duì)論的人”之一，并在科研和人格方面均受到愛(ài)因斯坦的深刻影響。

在討論班，關(guān)于周培源和愛(ài)因斯坦的交往中有這樣一個(gè)只問(wèn)不答的“對(duì)話”：當(dāng)對(duì)相對(duì)論頗有研究的周培源將埋藏在自己心中的疑慮連同自己的看法，滔滔不絕地向愛(ài)氏陳述出來(lái)時(shí)，愛(ài)氏只是默默地聽(tīng)著。問(wèn)畢，愛(ài)因斯坦思考良久，始終未做出答復(fù)，這也成了周培源心中相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的一段空白。而為了給這片空白繪出些許色彩，周培源經(jīng)過(guò)一番“窮經(jīng)皓首”的上下求索后，于50歲后的上世紀(jì)70年代末才求得正解，而此年正好是愛(ài)因斯坦誕辰一百周年之際。

回國(guó)之后，周培源本來(lái)打算繼續(xù)從事相對(duì)論的研究工作，但抗戰(zhàn)的現(xiàn)實(shí)改變了他的初衷。

在回憶中，周培源曾對(duì)自己研究方向轉(zhuǎn)變做過(guò)簡(jiǎn)單說(shuō)明：“當(dāng)時(shí)我認(rèn)為相對(duì)論不能直接為反戰(zhàn)服務(wù)。作為一個(gè)科學(xué)家，大敵當(dāng)前，必須以科學(xué)挽救祖國(guó)，所以我選擇了流體力學(xué)?！痹谒磥?lái)，流體力學(xué)遠(yuǎn)比理論物理中關(guān)于相對(duì)論的研究在軍事中的作用更加直接。周培源的這一研究方向的轉(zhuǎn)變似乎可以為五四時(shí)期對(duì)“賽先生”（Science：科學(xué)）救國(guó)的熱情做注腳。

周培源對(duì)流體力學(xué)的研究是勤奮的，甚至到了無(wú)情的地步。周培源經(jīng)常對(duì)他的女兒們說(shuō)：“我并不聰明，但十分勤奮。中國(guó)有名俗話，以勤補(bǔ)拙，我就是這樣做的。”在西南聯(lián)大的時(shí)候，為了湍流研究（流體力學(xué)分支），周培源整日把自己關(guān)在書(shū)房中，為了全身心地投入研究而不受影響，他還與自己的好友陳岱孫、李繼侗等約定好：你們來(lái)就來(lái)走就走，恕我不接待應(yīng)酬。

就是在這種近乎不近人情的研究中，周培源發(fā)表了一篇關(guān)于湍流的論文，該論文建立了普通湍流理論，奠定了湍流模式理論的基礎(chǔ)，周培源也因此被公認(rèn)為湍流模式理論的奠基人。

1943年，為了爭(zhēng)取參加美國(guó)組織的戰(zhàn)時(shí)科學(xué)研究和更深入地開(kāi)展湍流研究，打敗日本法西斯，報(bào)效祖國(guó)，周培源利用在西南聯(lián)大的休假，再次前往美國(guó)。

隨后，他應(yīng)邀參加了美國(guó)戰(zhàn)時(shí)科學(xué)研究與發(fā)展局魚(yú)雷空投入水的科研項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了以科學(xué)為反法西斯斗爭(zhēng)服務(wù)的目的。二戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)政府力邀周培源留下繼續(xù)從事軍事科學(xué)研究，但周培源沒(méi)有被美國(guó)的優(yōu)厚待遇吸引，他想著身后千瘡百孔的祖國(guó)，希望繼續(xù)用自己的科學(xué)知識(shí)服務(wù)祖國(guó)，報(bào)效祖國(guó)。

作為優(yōu)秀的科學(xué)家，周培源是美國(guó)政府想要極力籠絡(luò)的對(duì)象，為了讓他為美國(guó)服務(wù)，他們多次主動(dòng)邀請(qǐng)他加入美國(guó)國(guó)籍，最終都被心系祖國(guó)的周培源拒絕。1943年，當(dāng)周培源一家剛剛踏上美國(guó)的國(guó)土，美國(guó)移民局就發(fā)出正式邀請(qǐng)，答應(yīng)給予周培源所有家人永久居留權(quán)，周培源對(duì)此一笑了之。二戰(zhàn)結(jié)束后，為了挽留周培源留下繼續(xù)參與軍事科學(xué)研究，美國(guó)再次邀請(qǐng)他加入美國(guó)國(guó)籍，周培源明確向他們表示“不做美國(guó)公民”。

在西南聯(lián)大到抗戰(zhàn)結(jié)束這段時(shí)期，周培源始終堅(jiān)持科學(xué)為抗戰(zhàn)服務(wù)，科學(xué)為反法西斯斗爭(zhēng)服務(wù)，這是他在科學(xué)上孜孜以求的現(xiàn)實(shí)目的，也是他不斷前進(jìn)的不竭動(dòng)力，更是這位始終心系祖國(guó)的物理學(xué)家一顆赤子之心的真實(shí)寫照。