趙元任會說33種漢語方言，到全國大部分地方，都可以用當地方言和當地人交流。他精通英、德、法、日、俄、希臘、拉丁等多門外語，甚至精通這些語言的方言。趙元任因此得了個「趙八哥」的綽號。
趙元任的聽覺特別靈敏，他能在很短的時間內就學會一種方言，此後終生不忘。他兒時就展示了非凡的語言天賦，他每到一個地方居住，就能迅速學會當地的方言。清末，他的祖父在北方做官，年幼的趙元任隨其家人在北京、保定等地居住期間，從保姆那裡學會了北京話和保定話。5歲時，趙回到家鄉常州，家裡為他請了一位當地的家庭老師，他又學會了用常州方言背誦四書五經。後來，趙元任又從他的大姨娘那兒學會了常熟話，從伯母那兒學會了福州話。
趙元任15歲時考入南京江南高等學堂學習。當時全校270名學生中，只有3名是地道的南京人，他向這三位南京同學學會了地道的南京話。一次在某宴席中，趙元任居然能用8種方言與來自四面八方的同桌客人交談。
劉半農曾想編一本「罵人專輯」，他在《北京晨報》上刊登了一則「粗話啟事」，公開徵集全國各地罵人的話。趙元任看到啟事後，來到劉半農的宿舍，用湘、川、皖等地的方言大罵劉半農。隨後，周作人也來了，用紹興土話又將劉半農大罵了一頓。當劉半農去上課時，竟又被廣東、廣西、湖南、湖北等地的學生用方言罵了半天。後來，劉去拜訪章太炎，被章用古語中的粗話大罵一通。
1920年，美國教育家杜威和英國哲學家羅素來中國講學，蔣百里、蔡元培、丁文江、陶履恭、秦景陽等人共同推薦趙元任，擔任羅素的翻譯，其時趙元任已接受清華的聘書，人卻還沒有回到國內。通過蔡元培、丁文江等人的努力，清華大學最後終於答應趙元任擔任羅素翻譯一事。趙元任回國後，隨羅素在全國巡迴講學一年。由於趙元任口齒清晰，知識淵博，每到一地能用方言翻譯，因而使當時羅素的講學比杜威獲得更好的效果。從此，趙元任的語言天才得到了公認，他自己也決定將語言學作為終身的主要研究方向。
羅素到中國，還攜帶其女友勃拉克。因此，每次應酬，趙元任不僅要為羅素和勃拉克進行翻譯，還要翻譯中國主人的發言，但他應付裕如。有人說，只有趙元任才能把羅素演講的內容完完整整地翻出來，就連羅素說的笑話也能譯的不走樣兒。
羅素的演講涉及心理學、生理學、倫理學、數學、邏輯、物理、教育學、社會學等多個領域，趙元任應付自如，他覺得，生活中的一般客套話十分難翻譯，而翻譯學術講演反倒容易一些。一次擔任學術講演翻譯後，他在當天的在日記中寫道：「我按己意大加引申說明……以譯員的身份講，比主講人更有樂趣，因為譯員講完後才引起聽眾反應。」
趙元任為羅素當翻譯，每到一個地方，他都用當地的方言來翻譯。羅素在杭州演講時，趙元任便以杭州方言來翻譯；他在去長沙的途中向湖南人學會了長沙話，等到了長沙，已經能用當地話翻譯了。講演結束後，一個學生跑上來問他：「趙先生貴處是湖南哪一縣？」
在清華任教時，趙元任曾表演過口技「全國旅行」：從北京沿京漢路南下，經河北到山西、陝西，出潼關，由河南入兩湖、四川、雲貴，再從兩廣繞到江西、福建，進入江蘇、浙江、安徽，由山東過渤海灣入東三省，最後入山海關返京。這趟「旅行」，他一口氣說了近一個小時，「走」遍大半個中國，每「到」一地，便用當地方言土話，介紹名勝古迹和土貨特產。
在外國語方面，據趙元任自己說：「在應用文方面，英文、德文、法文沒有問題。至於一般用法，則日本、古希臘、拉丁、俄羅斯等文字都不成問題。」
有一次，趙元任在法國索邦（sorbonne）講演，他用的是純粹標準國定的法國語音。演講完畢後，聽眾對他說：「你法國話說得真好，你的法國話比法國人說得都好。」他常在關於語言學的講學或著作中，使用一些由他自己創作的妙趣橫生的故事來加深人們的印象。
有一次，趙元任講語言與事物本身的約定俗成關係（即非必然聯繫）時說：「從前有個老太婆，初次跟外國人有點接觸，她就稀奇得簡直不相信。她說，他們說話真怪，明明是五個，法國人偏偏要說是三個（q）；明明是十，日本人偏偏要說是九；明明是水，英國人偏偏要說是窩頭（water）。」
趙元任的妻子楊步偉也會幾種方言。趙元任和楊步偉結婚後，他們訂了一個日程表，今天說國語，明天說湖南話，後天說上海話。
趙元任曾編了一個極「好玩兒」的單音故事，以說明語音和文字的相對獨立性。故事名為《施氏食獅史》，通篇只有「shi」一個音：「石室詩士施氏，嗜獅，誓食十獅。氏時時適市視獅。十時，適十獅適市。是時，適施氏適市。氏視是十獅，恃矢勢，使是十獅逝世。氏拾是十獅屍，適石室。石室濕，氏使侍拭石室。石室拭，氏始試食十獅屍。食時，始識十獅屍，實十石獅屍。試釋是事。」此文被收入《大不列顛百科全書》。
趙元任晚年曾作《嵇熙戲犀》：「西溪犀，喜嬉戲。嵇熙夕夕攜犀徙，嵇熙細細習洗犀。犀吸溪，戲襲熙。嵇熙嘻嘻希戲。惜犀嘶嘶喜襲熙。」他註明：「嵇，檄倪切，音兮，齊韻。一姓氏，二山名。」他以此文說明中國文字只有形、音、義同時出現，才可表達文章意思。
還有一首《唧唧雞》也為趙元任所作：唧唧雞，雞唧唧，幾雞擠擠集機脊。機極疾，雞飢極，雞冀己技擊及鯽。機既濟薊畿，雞計疾機激幾鯽。機疾極，鯽極悸，急急擠集磯級際。繼即鯽跡極寂寂，繼即幾雞既飢即唧唧。
趙元任告訴女兒趙新那，自己研究語言學是為了「好玩兒」。趙元任的三女兒叫趙萊痕思媚，據趙新那說，就是「好玩兒」的結果。經常有人問起趙元任為什麼給女兒起這麼長的名字。原來，趙的三女兒小時候叫「LenSei」，是趙根據拼音拼出來的兩個音節，但並沒有相對應的漢字，上學後按諧音寫成「萊痕思媚」。
上世紀20年代，趙元任為商務印書館灌制留聲片，以推廣「國語」。1925年，趙元任夫婦由法國馬賽回國，途經香港，看見一家鞋店的白皮鞋很好，於是趙元任用國語對店員說要買兩雙鞋。因為趙元任有一個習慣，遇到合意的鞋總是買兩雙。當時，香港通用的語言是英語與廣東話，通曉國語者不多。這位店員的國語很差，無論趙元任怎麼說他都不明白。於是，趙元任伸出兩個手指，然後指指白皮鞋，意思是要兩雙。店員看了便生氣地說：「一雙鞋不就是兩隻嗎？還要說什麼？」最後趙元任只好買一雙皮鞋。他們買完東西出門時，店員用濃重的廣東話說：「我建議先生買一套國語錄音磁帶聽聽，你的國語太差勁了。」趙元任問道：「誰的國語錄音帶最好？」店員說：「自然是趙元任的最好了。」這時楊步偉在旁邊說：「他就是趙元任啊！」店員忿忿地說：「別開玩笑了，他的國語講得這麼差，怎麼能跟趙元任比？」
語言學家陳原在回憶文章中寫道：「趙元任，趙元任，在我青少年時代，到處都是趙元任的影子。」少年時，陳就著迷於趙元任翻譯的《阿麗思漫遊奇境記》。長大了，想學「國語」，就通過趙元任的《國語留聲片課本》進行學習，後來迷上了音樂，便迷上了趙元任的朋友蕭友梅介紹的貝多芬《歡樂頌》，也迷上了趙元任譜曲並親自演唱的《教我如何不想她》。
《愛麗絲漫遊奇境》的第一個中文譯本是由趙元任翻譯的，1922年由商務印書館出版。當時趙元任特彆強調，這本書「又是一本哲學的和倫理學的參考書」。
1928年，在趙元任、錢玄同等人的努力下，南京政府大學院正式公布了《國語羅馬字拼音法式》作為國音字母第二式，趙元任高興地在這天的日記中寫下：「G.R.yinyiijeouyueh 26ry hgongbunle．Hooray！」（國語羅馬字已於6月26日公布了，好哇！）
趙元任寫信給林語堂時，寫的是漢字的英文，例如：「狄兒外剃，豪害夫油鬢？」（親愛的語堂，你近來忙些什麼？）林語堂看了非常喜歡。
趙元任每到一個地方都喜歡研究語言，總結該地語言的特點。有一次他在瑞典一個火車站賣票到Malm*，就用平常英德等無聲調語言的語調用半降調說那個地名。趙元任說了半天，那個賣票的人才恍然大悟。趙元任發現賣票的人讀Malm*彷彿像過國語的去聲加陽平，於是，他發現瑞典語有聲調。
趙元任曾和家人一起開車環遊歐洲。他總結沿途的國家跟外國人說話的慣例。一路上法國人和比利時人跟他們說法語；荷蘭人因為知道很少有人會說荷蘭語，所以跟外國人多半說英文；到了德國說德語；在丹麥人和瑞典人則盡量跟外國人說英文。他說：我們開車從法、荷、比、德近海一帶聽他們說話所得的印象，並不是過一國換一種語言，我