蔡元培数度赴德国和法国留学、考察，研究哲学、文学、美学、心理学和文化史，为他致力于改革封建教育奠定了思想理论基础。
改革封建教育
北京大学改革宗旨：改变学生的观念，整顿教师队伍，延聘积学热心的教员，发展研究所，广积图书，引导师生研究兴趣，砥砺德行，培养正当兴趣。蔡元培大学教育思想的基本特征是和科学，目的是要把大学办成高水平的教学科研中心。
贯彻“思想自由，兼容并包”的办学原则
“思想自由，兼容并包”也体现在教师的聘任上，蔡元培以“学诣为主”，罗致各类学术人才，使北大教师队伍一时出现流派纷呈的局面。如在文科教师队伍中，既集中了许多新文化运动的著名代表人物，也有上保守而旧学深沉的学者。在倾向上，有的激进，有的保守，有的主张改良。
在新派人物中，有马克思主义、三义、无政府主义、国家主义的不同代表。当时的北大，《新潮》与《国故》对垒，白话与文言相争，百家争鸣，盛极一时。
教授治校，管理
1912年由蔡元培主持制定的《大学令》中，即已确立了教授治校、管理的大学校务管理原则，规定大学设立评议会，各科设立教授会，但在北大没有得到很好施行。蔡元培初到北大时，仍然“是一切校务，都由校长与学监主任庶务主任少数人办理，并学长也没有与闻的”。
蔡元培任校长后，当年即组织了评议会，从全校每5名教授中选举评议员1人，校长为当然的评议长。评议会为全校最高的立法机构和权力机构，凡学校重大事务都必须经过评议会审核通过，如制定和审核学校各种章程、条令，决定学科的废立，审核教师学衔，提出学校经费的预决算等。
接着组织各门教授会，由各门的教授公举教授会主任，任期两年，其职责是：分管各学门的教务，规划本学门的教学工作。
管理体制的改革，体现了蔡元培教授治校、管理的思想，目的是把推动学校发展的责任交给教授，让真正懂得学术的人来管理学校。新的管理体制的建立，改变了京师大学堂遗留下来的封建衙门作风，提高了工作效率，从而促进了学校的蓬勃发展。
沟通文理，废科设系，改变“轻学而重术”的思想
蔡元培担任北大校长后，又进一步主张“学术分校”理由有两条：第一、文理两科，专署学里，其他各科偏重于致用；第二、文理两科，设有研究所，实验室等设备，如若遍设其他各科，就要增设病院，工场等，困难更大。
主张学术分校，大学专设文理两科，显然是对元年“大学以文理两科为主”见解的发展，目的是为了突出大学的性质在于研究学理，在蔡元培看来，“学”与“术”可分为两个名词，“学”为“学理”，“术”为“应用”。文、理是“学”，法、商、医、工、农皆为应用，为“术”。学与术虽然关系密切，但学为基本，术为枝干。
蔡元培在看到了文、理分科所造成的流弊之后，进一步主张“沟通文理”。他说文理是不能分科的，文科的史学、文学均与科学有关，而哲学全以自然科学为基础。同样，理科各学科都与哲学有关，自然哲学，尤为自然科学的归纳。而且，由于学科之间的彼此交错，有些学科简直无法以文、理科来区分。因此，他主张沟通文理，和为一科。1919年，北大进行改革，撤销文、理、法三科界限。全校设立14个系，废学长，设系主任。
创办学校
蔡元培重视劳动教育、平民教育和女子教育。他在北京大学办校役班和平民夜校，在上海创办爱国女校。
1928年，他创办国立艺术院，后来发展成为中国美术学院，这是近代中国第一所实施本科等的最高美术教育机构，亦是教科文组织唯一承认学历的中国美术类大学，以弘扬民族文化，融合中西艺术，创造时代艺术为办学宗旨。
