理科各係的基礎理論和專業課程也比過去大為加強。例如，地質學係由於薈集了許多地質學、古生物學方麵的知名學者，是北大理科和國內同專業中教授較多的一個係，課程內容比較豐富。其中如李四光的岩石學、高等岩石學、地質測量及地質構造學；何傑的地質學概論、經濟地質學、采礦工程學、鋼鐵專論；王烈的結晶學與礦物學、普通地質學；葛利普的高等地層學、高等古生物學等，都具有較高的水平。這一時期還開設了一些關於中國地質、礦產和古生物的課程，如翁文灝的中國地質、何傑的中國礦產專論和葛利普的中國古生物學等。又如，數學係的必修課程有：近世代數學、近世幾何學、函數論、微積分、理論力學、解析幾何、微分方程式等。三年級以上選修的課程有：群論、數論、函數通論、集合論、天體力學、流體力學、微分幾何學、積分和微分方程式論以及數學史等，課程內容都比較充實。又如，物理係的物理學課程分為初級物理、普通物理和專門物理三級，分別在預科、大學一、二年級和三、四年級進行。其中專門物理課程有顏任光的物理光學、氣體中之電流及電子論；何育傑的數理物理、熱物學及氣體論、原能論；李書華的放射學及X光線；溫毓慶的交流電及無線電等。同時還加強了對學生物理實驗的指導，顏任光專門編寫了學生實驗用書《物理實驗》。
這一時期由於重視基礎理論和專業的學習，因而對學生的學習要求也是比較嚴格的。胡適在1921年10月8日的一則日記中曾記載：“此一個月的補課，我雖盡心力做去，但終是一種敷衍，心裏終過不去。”這是指這一年因學潮學生缺課較多，學校決定開學後先用一個月時間補課，然後再上新學期的課。胡適認為一個月補課不是辦法，主張學業延長一個學期，將所有誤課認真補好。據說此議得到蔡元培的讚同，但在教務會議上未獲通過，胡適對此“氣得難受”。所以在補完課後，他在日記中有上述記載。他在一次講演中，對當時出現的對學生評分過鬆現象表示不滿，他說：北大的學年考試，居然沒有留級、降班的，這是北大的恥辱，它說明北大的教育是不嚴格的。這可能是一時現象，但反映了教師的責任感。事實上當時對考試的要求也是比較嚴格的，以1926年物理學係學生考試成績為例，大致可以看到這時北大的教學要求和學生的學習情況。其中：普通物理參試二十五人：80-85分二人，70分四人，60-68分十六人，不及格二人；電磁學參試十人：81—83分二人，70—79分三人，60—63分二人，不及格二人；數理物理參試五人：70分一人，60—65分四人；熱力學及氣質流體運動論參試四人：60—65分四人；物理光學參試十一人：70—75分二人，60—65分四人，不及格四人；應用電學參試六人：73分一人，60—65分二人，不及格二人；電振動參試十一人：80分一人，70分二人，60—65分七人，不及格一人；原量論參試九人：80分二人，70分二人，60—65分三人，不及格二人；本一物理實驗參試十五人：80—90分四人，70—75分七人，65分二人，不及格二人；本二物理試驗參試十一人：80分三人，70-75分四人，60分二人，不及格二人；本三物理實驗參試四人；62分一人，不及格三人；大四物理實驗參試十一人：80分二人，70—75分四人，60—65分四人，不及格一人。
由於強調基本理論的教育，這一時期北大教師擔負的課程任務是比較重的，許多教師對教學和學校的工作也是認真、努力的。如李四光於1920年到北大任教時，他是上午上課，下午教學生做試驗，晚上自己做研究工作，星期六下午和星期天則常帶學生到野外實習。他的親屬後來曾回憶他在北大任教的情況仲揆在北大任教，主課是岩石學。他教書嚴肅認真，一絲不苟，教材經常補充新的內容。講一堂課，往往要準備幾小時，他對學生要求很嚴格，學生上課聽講，記的筆記，都要親自査看。如發現有的學生不理解他所講的內容，他就把學生留下，單獨給他解釋，有時因此連吃飯都忘了。學生做畢業論文時，他都要逐個進行具體指導。學生常常在晚上到家裏來請教他，他就和他們邊吃飯邊討論。在論文寫出初稿後，他要學生自己先反複修改後再由他修改，並指出修改的原因。他認為：“這樣培養學生，可以使學生有獨立思考的能力，進步更快些。”那時教授還要兼任學校事務方麵的工作，“仲揆任教一年後，看到北大校舍很不整齊，連一個大講堂都沒有，就和蔡元培先生提出自己兼職庶務主任，負責修理校舍。蔡先生同意後，他就把原來北大理學院後麵的一個大殿，改修為一個大講堂；把前麵的院子修建成一個小花園，供學生散步休息；還把幾間破舊的房子給學生改建成了洗澡間。大講堂和洗澡間的鑰匙由他親自管理。”又如物理係教授李書華是1922年到北大任教的，第一年他講授本科一年級的《普通物理》（包括物性、熱學、熱力學及音學），每周四小時，同時擔任兩班實驗課，每班每周三小時；第二年除繼續講授一年級的《普通物理》外，井講授本科二年級的《普通物理》（包括光學和電磁學），每周亦四小時，同時仍擔任兩班實驗課；第三年仍講授一年級《普通物理》。並加授三、四年級的《近代物理》（包括遊子、電子、陽電射、X光與放射學），另外還兼授預科一年級的物理課。他自己曾回憶這時的教學生活，寫道：“終日在辦公室或實驗室工作，一麵充實功課內容，一麵為學生準備實驗室各種實驗，同時準備在講室講授時的指示實驗。”那時教授們合作得較好，工作是努力的。課程的充實和加強，使學生的學術水平有明顯的提高。