趙元任少年時愛好科學，興趣廣泛，他兒時就動手製作簡易的電話；上學時，他動手製作望遠鏡和顯微鏡；用食鹽和冰棍混合達到零下20度的溫度；並半夜去觀察彗星。
趙元任曾在大姐夫家和人比賽吃餃子，一口氣吃了四十個，但代價是連著病了五天。
趙元任赴美留學前，需要剪掉辮子，剪辮時，理髮師問了他兩次，以便確定趙是不是要那麼做。在留學生赴美前，美國總領事舉行園遊會，宴請他們。他看到趙元任等人改換衣著後說：「你們全換西裝；希望你們仍為中國人。」
趙元任在南京讀書時，醉心革命。當時光緒和慈禧先後逝世，全國「舉哀」之際，跪在祭壇前的趙元任和他的同學們高聲大笑，但沒有人能聽出有何不同。當辛亥革命勝利的消息傳到美國，趙元任異常高興，他稱辛亥革命為「那時中國最振奮的事件」。
趙元任對男性朋友也會產生愛慕之心，如對在常州溪山學校的李宗堂及在哈佛的胡正修，曾頗為親近。
趙元任在美國讀書時，醉心於學問，常常心不在焉。他很久不理髮，以至於頭髮很長，一次在牛津街，走在他身後的一個男孩高叫：「嘿，那個傢伙需要理髮！」在街頭走路遇到熟人，他也不打招呼，因此到康奈爾大學的第二年，他便得了一個外號「教授」。
趙元任在康奈爾大學任教時，還會犯心不在焉的毛病。一天，他於十一點鐘走出物理大樓，一些學生正走進去，他們問：「趙博士，你不來上課嗎？」趙說：「當然要來上課！」課是12點開始，趙便計畫到體育館作一小時的運動，但運動結束回到物理大樓準備上課時，課室已空無一人。原來他早錯過上課時間了。
趙元任在耶魯大學任教時，開車出門總是挨罰，給他們送罰單的警察說：「老送罰單給你們，我都不好意思了。」後來他離開耶魯大學時，楊步偉對警察開玩笑說：「因為你們給車開的罰單太多了，所以我們要離開此地。」
年輕時，趙元任在美國常進行徒步旅行。他將隨身衣物包入小行囊，用一根木棍背在肩頭，一直西行，遠到皮斯費德（Pittsfield），途中住宿在便宜的小旅館。
勃拉克在師大演講時，提到未婚男人和未婚女人。趙元任一時口誤，翻譯成「男不嫁、女不娶」。聽眾哄堂大笑，勃拉克莫名其妙，趙元任只好小聲對她說：「現在沒時間解釋，以後再告訴你。」
趙元任與王國維、梁啟超、陳寅恪並稱清華國學研究院「四大教授」或「四大導師」，這個稱呼來源於清華校內高層。據趙元任的夫人楊步偉回憶：「『四大教授』這個稱呼，不是我們自謅的，這實在是張仲述找元任時信上如此說，第一次見面也是如此說。而校長曹雲祥開會時也是如此稱呼的……其實正式名稱是『四位導師』。」
一次，趙元任坐公共汽車回家，車到站，他忘了下車，等車開動時，他反而走下來，一下就摔倒在大街上了，摔斷了右手和肩膀（他是出名的absentminded［心不在焉的］教授），只好打上石膏繃帶，因為受傷還發燒兩個多月。
趙元任號宣重。他到美國留學後嫌羅唆就一直沒再用。他留學歸國任教於清華時，有人請客，送來請柬，上面寫的是「趙宣重先生」，趙便當著送信人的面前在自己的名字下面寫上「已故」二字。自此之後，再沒有人稱呼他為「宣重」。
趙元任的祖父為其起號叫重遠。這個號趙一直沒有用，知者甚少。一次趙住在南京中央飯店，為避免有人騷擾，便登記為「趙重遠」。結果一天吳稚暉找上門來。趙很是奇怪，吳稚暉解釋說，他一看黑板上的人名知道趙重遠就是趙元任，因為論語有言「任重而道遠」。
羅素來華演講時，一日，趙元任為其拍了許多照片，他指著其中的一張對羅素說：你極像「發怒的獨居人」。羅素笑道，你別用這樣異想天開的比喻吧！
1927年，王力撰寫畢業論文《中國古文法》，指導老師為梁啟超、趙元任。由於時間不足，王力只寫了兩章。梁閱後批曰：「精思妙悟，為斯學辟一新途徑，第三、四、五章以下必更可觀，亟息快見。」「卓越千古，推倒一時。」但趙元任專找瑕疵，其中有一句評語：「未熟通其文，斷不可言其無某文法，言『有』易，言『無』難。」王力讀後大為感動，從此後六字成其座右銘。
王力後來寫《兩粵音說》一文，在文中是說兩粵音中沒有「嘬口呼」，1928年，趙元任去廣州調查方言後，寫信給當時已在法國留學的王力說：廣州話里有嘬口音呼，「雪」字就是其中之一。
女兒如蘭出生後，趙元任負責看孩子。他彈鋼琴時總是將女兒的小床放在鋼琴旁邊，他一面彈孩子就聽著音樂在小床上一面哼一面搖。有一次如蘭忽然不搖了，停在那兒臉漲的通紅，原來她是要大便，趙元任說別動，等他給這一段彈完了再來弄！等到趙元任彈完了再看，如蘭拉的一床一身都是。楊步偉看了又好氣又好笑，問趙元任為什麼不早點叫她，趙元任說一個孩子的音樂教育要早打好基礎，所以不可以把整段的樂曲隨便中斷。
趙元任在給朋友的信中說：「要是你收不到這封信，請你趕快通知我，我好告訴你是什麼時候付郵的。」
趙元仁到中研院語言所後，曾組織了一個小劇團。有一次在協和大禮堂表演話劇《挂號信》，劇本是趙元任在美國時為學生會表演所寫，演出前劇團還在北平的電車頭上打了廣告，熊佛西和趙元任兩個人親自上台表演。預演的第一天趙元任戴了兩副眼鏡，熊之前並不知道此事，表演時他忽然看見趙的怪樣子，就大笑不止，根本沒法繼續演下去了。還有一次，趙元仁的大女兒和二女兒唱熊佛西《愛神與詩人》里的一首歌，當時她們還小，不知道字的意思，將其中一句「三個分不開的和聲」，唱成了「三個分不開的和尚」。台下的人聽後都問熊，你的歌怎麼寫了三個分不開的和尚。此後一天，眾人在北海公園喝茶，楊步偉的侄女楊若憲突然說：「你看，三個分不開的和尚」。眾人一看，果有三個和尚走在一起。於是這件事就演變成了一個笑話。
趙元任從小喜歡物理，在康奈爾大學讀書時，也曾選修物理。他喜歡小發明，所以，家裡的大小「機關」也不少。書房、卧室里，東拉根繩子，西扯個滑輪，連爐門上也裝了「機關」。早晨趙元任不用起床，伸手一拉，爐門就「自動」打開了。等他起來時，火也上來了，屋子也燒暖了。家裡有一個老式冰箱（不是電冰箱），趙元任的女兒們小時候常忘記關上冰箱門，趙元任就接上「機關」，門一開燈就亮了，如果沒有關上門，燈就一直亮著，這樣她們就不會忘記關門了。
1917年，劉半農「她」字指稱第三人稱的女性，三年後，劉寫了《教我如何不想她》，由趙元任譜曲，廣為傳唱，而「她」字也借著歌曲被人們廣為接受。
趙元任講過一則有關《教我如何不想她》這首歌曲的趣聞。他說，當時這首歌在社會上很流行，有個年輕朋友很想一睹歌詞作者的風采，問劉半農到底是個啥模樣？一天剛好劉到趙家小坐喝茶，而這位青年亦在座。趙元任夫婦即向年輕人介紹說：「這位就是《教我如何不想她》的詞作者。」年輕人大出意外，脫口而出說：「原來他是個老頭啊！」大家大笑不止，劉半農回家後，曾寫了一首打油詩：「教我如何不想她，請進門來喝杯茶，原來如此一老叟，教我如何再想他！」
在美國時，趙元任剛拿到駕駛證不久就被警察攔住了，他以為是自己走錯了路違反交規，警察說不是，你領了罰單三個月還沒有付款，我們要取消你的駕駛證了。趙元任奇怪地說，我到華盛頓還只兩星期不到，駕駛證昨日才拿到手，為何三個月前有罰單呢？警察說，是同一個號碼的車子，若是人家轉賣了給你那就該換牌子啊。趙元任就告訴他這是中國學生監督處的車子，前監督（梅月涵先生）走了兩個多月，我才來接管監督處的事。警察才恍然大悟的說，那是你的哥哥嗎？你們兩個人真像，是不是雙生兄弟？楊步偉說，長得差的遠呢，只慢慢吞吞的脾氣有點像，但是我的丈夫是仰著臉答應人的話，那位梅先生總是低著頭哼的。警察大笑說，這點我可沒有注意。然後就放他們走了。
1932年，中國科學社美國分社開年會，大家提議去看日全食。趙元仁向來對天文興趣濃厚，欣然同意。大家決定趕緊開車趕去，怕遲了就看不到了。為了趕時間，車子開得飛快，以至於車後的一個手提箱（箱內有重要文件）掉了他們都不知道。後面的車拚命按喇叭試圖提醒他們，但他們以為自己超速，警察追來了，就開的更快了。等後面的車追上來告訴他們掉了東西，他們才開回去揀回箱子。等他們把車停在一個樹林里天色已晚，日食也快結束了。同車的韓權華說：「怎麼已經完啦？」趙元仁的女兒如蘭、新那說：「就看這麼一點兒啊？」三女兒萊思則說：「太陽真難看，一個黑臉長了些白鬍子！」但趙元任依舊高興地叫：「看a，a！（日冕）」