入學時，呂耀如給數學系學生上微積分(當時教英語)，給物理系學生上物理課。不久，地質系主任袁復禮教授告訴他:地質人才緊缺，國家急需。妳不想換部門。當時還有其他幾個想轉系的同學。經過壹段時間的學習，12同學得知有水文地質和工程地質方向，於是想往這個方向發展，以此來安慰自己想學理工科的願望。清華大學土木工程系的陳良生教授經常來地質系。他是福建人，呂耀如也向他請教，使他進壹步認識到地質工作在土木、水利等工程建設中的重要性。還選修了機械工程系開設的《機械制圖》、張偉教授開設的《材料力學》、《建築材料》等課程。
呂耀如在清華大學師從馮景蘭教授學習普通地質學，師從遲濟尚教授學習巖石學，師從屠光池教授學習礦物學，師從楊遵義教授學習古生物，師從張希勰教授學習地史。這些著名教授的講座為他壹生的地質工作打下了堅實的基礎。當時老中青這些著名教授的學術精神，在他心中起到了示範和引導的作用。在清華讀書完全靠國家給的助學金。除去飯錢，還有7000元(相當於幣改後的70美分)零用開支，包括施舍、理發、買牙膏肥皂、看電影、寄信等。當時壹封洋信也要800元(也就是後來的8毛錢)。雖然他經濟拮據，但他在精神上感到非常舒適。無論是身心，他都感受到了清華這壹名校自強不息、厚德載物的校訓，以及學習、嚴謹、友善、積極的學風的熏陶。當時心裏也有負擔，因為放棄了工作，來深造。這種“個人主義”仍然不得不不斷進行自我檢查。在清華，他的學校和同學還是信任他的，所以他作為北京市市長的代表被派去負責頤和園的宣傳工作。1951年夏天，他去北京壹個大工地打工，幫建築公司整改工地。他得到的大部分報酬都捐給了抗美援朝，只留下幾塊錢給自己買登山鞋野外考察。
清華大學的社團活動發展很好。呂耀如在華英中學時就加入了銅管樂隊，師從壹位美國老師學習單簧管。於是他在清華大學壹位音樂老師的面授考試後加入了清華大學銅管樂隊，在大節期間樂隊起到了非常鼓舞人心的作用。他也經常去聽壹些音樂講座。那時，他記得貝多芬的名言:“音樂應該激發人類的精神。”後來還和物理系等系的學生組成了中國民樂樂團。他擔任指揮。1952春節期間，他們表演了《馬車夫舞》等三個節目，受到同學們的熱烈歡迎。
清華大學的這兩年深深影響了呂耀如，而相對於當時相對封閉的福州，呂耀如有很好的機會開闊視野。在清華，我經常聽壹些知名人士來我們學校講課，增長了我在政治、經濟、社會方面的知識。這對我更好地了解自然，更好地為科技做出貢獻，真的很有幫助。