专注三大领域：火箭、电动车、永续能源
马斯克觉得女王大学很无聊。虽然校园很美，但是学术挑战性却不够。因此，当他发现有同学转学到宾州大学时，他也决定试试看。
但钱是个问题。父亲无法赞助他，而母亲已兼了三份工作，才勉强维持生计。幸好，宾州大学提供了14,000 美元的奖学金给他，还让他申请学生贷款。1992 年，升大三那年，他顺利转学到宾州大学就读。
马斯克决定主修物理学。就跟父亲一样，他也深受工程的吸引。他认为，身为一个工程师，最重要的就是钻研物理学最基本的原理，并运用这些物理原理来解决问题。他还决定攻读物理和经济双学位。他说：「我担心不学商，就会被迫在学商的人底下工作。我的目标是透过物理学的眼光来设计产品，永远不必为有商业学位的老板工作。」
尽管他不懂政治，也不善于交际，还是出来竞选学生会会长。他的政见之一是：「如果学生会会长这个头衔出现在我的履历上，我会倒立，并且在公共场所吃下50份履历表。」以此嘲笑那些想靠这个学生会长的经历，为自己的履历多添一笔的人。幸好他没当选，他的个性本来就和学生会这种组织格格不入。结果，他跟一群宅男混在一起，喜欢讲科学笑话，玩《龙与地下城》，狂打电玩，撰写程式到废寝忘食。
在这群人当中，跟他最要好的是任宇翔。任宇翔是中国人，来宾大之前就曾在国际物理奥林匹亚竞赛获奖。马斯克说：「他是唯一在物理方面比我强的人。」他们常窝在物理实验室，研究各种材料在极端温度下的变化。在某组实验的最后，马斯克把铅笔末端的橡皮头拔下来，丢进一个装了过冷液体的瓶子里，然后把瓶子摔在地上，想观察有没有什么变化。他对各种材料和合金在不同温度下的特性很感兴趣，更希望能亲眼瞧见。
任宇翔回忆说，马斯克特别专注的三个领域，塑造了他的职业生涯。无论是校准引力或是分析材料特性，他都会跟任宇翔讨论如何把物理学定律运用于火箭的制造上。「他一直说要打造可以去火星的火箭。当然，当时我不以为意，因为我认为他是在做大梦。」任宇翔说。
马斯克也对电动车相当痴迷。他和任宇翔在餐车买了午餐，就坐在校园的草地上，讨论起马斯克正在看的关于电池发展的学术论文。加州刚通过一项法规，规定到2003年，10%的车辆必须是电动车。「我想实现这个目标。」马斯克说。
马斯克也相信，1994年刚起步的太阳能是实现永续能源的最佳途径。他在大四写了一篇研究报告，题目就是〈论太阳能的重要性〉（The Importance of Being Solar）。他的动机不只是意识到气候变迁带来的危险，还来自化石燃料开始减少的事实。「再过不久，人类社会将别无选择，只能把重心放在可再生能源。」他写道。他在报告的最后一页附上一幅「未来发电站」的插图。这张图描绘一个装设镜子的卫星把阳光集中到太阳能电池板上，然后透过微波束把电力传送到地球。教授给这份报告98分，说这篇「非常有趣、写得很好，只是不知最后那张图是怎么来的。」
靠电玩、阅读、派对放松
马斯克一生用三种方式来逃避剧烈的情绪起伏。
第一种是他和女王大学的朋友法鲁克一起做的事：沉迷于建造帝国的策略游戏，如《文明帝国》和《迷你帝国》。
宾大的任宇翔则反映了他的另一面：嗜读百科全书，想要了解《银河便车指南》书中所说的「生命、宇宙和万物」。
在宾州大学时，他找到了第三种放松模式：开派对。从小，孤独就像茧包围着他，派对让他破茧而出。跟他一起开派对的是亚迪奥。瑞希（Adeo Ressi）。瑞希是义大利裔美国人，喜欢上夜店。他的头很大，笑声响亮，也很有个性。他算是个奇人，创办了一份叫做《绿色时报》（ Green Times）的报纸。他说，他的主修是「革命」，把几份《绿色时报》当作是毕业论文。
瑞希跟马斯克一样是转学生，学校安排他们住新生宿舍，宿舍晚上十点后禁止派对和访客。由于他们都讨厌遵守规定，就在费城西边一个破旧社区租了间房子。
瑞希想出开派对赚钱的点子。他们把窗户遮起来，让室内变得漆黑，然后用紫外线灯和萤光漆画的海报做装饰。有一次马斯克发现瑞希把他的书桌钉在墙上，涂上萤光漆，说这是派对装置艺术。马斯克把书桌拆下来，说这是书桌。他们从垃圾场挖出一个马头金属雕塑，在里面放了一盏红灯，让红光从眼眶射出。有一层楼有乐团，DJ在另一层楼，桌子上有啤酒可供畅饮和许许多多用小杯子装的鸡尾酒果冻。有人在门口收钱，每个人的入场费是5美元。有几个晚上，他们的派对会吸引500人前来，一晚收的钱就可支付一个月的房租了。
当梅伊来到儿子住的地方时，简直吓坏了。梅伊说：「我装了八个大垃圾袋，才帮他们清扫干净，我以为他们会很感激。但他们根本就没注意到。」那晚，他们要梅伊待在马斯克的卧室，因为那里就在前门旁，请她帮忙保管钱和寄放的外套。她手里拿着一把剪刀，以防有人想要偷钱，她还把马斯克的床垫搬到一面外墙旁，「音乐震耳欲聋，房子跟着摇晃，我怕天花板会塌下来，我想站在墙边会比较安全。」
马斯克喜欢派对的热闹欢快，但不曾玩疯。他说：「我清醒得很。瑞希会醉得一塌糊涂。我敲他的房门，跟他说『老兄，你得起来做事了』。最后，总是我在现场盯着。」
瑞希后来说，马斯克通常看起来像个局外人，「他喜欢派对，但不会完全融入。他唯一沉迷的是电玩。」尽管他们常常开派对，他知道马斯克基本上会与人疏远、保持距离，就像一个来自外星球的观察者，一边冷眼旁观，一边学习社交动作。「我希望伊隆知道如何过得更快乐点。」他说。