吴学周，字萼晖，号化予，江西省萍乡县人，1902年9月20日出生在一个书香世家，祖父是清朝举人。父亲吴润膏以教私塾为业，1909年进了萍乡师范学校改学新学。他的这种尚新求进的行为和孜孜不倦、勤奋读书的风范，对吴学周有着深刻的影响。吴学周小学毕业时，正值北洋军阀混战时期，家境十分艰难，父亲曾一度想让作为长子的吴学周辍学帮助料理家务。后经老师劝说，才免于停学。1916年夏吴学周考进萍乡县立中学，接受了自然科学的启蒙教育，开始对理化学习产生了浓厚的兴趣。当时的化学老师有一次在课上对学生大声呼吁：“当今世界弱肉强食，世界列强，窥我山河，仗船坚炮猛，对我中华掠夺蚕食。亡国灭种，近在眉睫。为要救亡图存，必须振兴科学，兴办工业。化学是工业的基础，你们应该学好化学。”这一席话，震撼着吴学周的心灵。当他1920年投考南京高等师范学校（后为东南大学）时，便选择了化学这个专业。

    1924年冬，吴学周以优良成绩毕业于东南大学，通过当时在东南大学执教的张子高教授的极力推荐，回化学系任助教，讲授物理化学和普通化学。后经吴有训鼓励，他参加了江西省教育厅公费留学生考试，以全省第一的考绩取得了公费赴美留学的资格。

1928年，吴学周来到美国加州理工学院攻读博士学位，专攻物理化学。这所大学的校长是1923年荣获诺贝尔奖的著名物理学家密立根（R.A.Millikan）教授，很多有造诣的科学家云集该校，开展着前沿课题的科学研究工作。由于吴学周学习刻苦，实验技术高超，用了不到三年的时间，便提前完成了学业。1931年夏被授予博士学位。同年，他在《美国化学会志》上发表了两篇论文：“HCl溶液中四价铱还原成三价铱的还原电位”和“铱的电位测定”。

    20年代中叶到30年代初，正是量子力学建立和蓬勃发展时期，原子光谱曾为量子力学的建立奠定了实验基础，而新的量子力学理论也以无比的威力推动着实验科学的发展，吴学周锐敏地感到，分子光谱研究将是下一个重要的前沿领域。因此，在做博士论文的同时，便自学了量子力学，并调整研究方向，逐步把目标转到分子光谱领域。他与该校的贝杰（R.M.Badger）教授合作，开展多原子分子的吸收光谱研究。先后在《美国化学会志》和《物理评论》上发表了“气态卤化氰的吸收光谱结构和解离能”、“近紫外区氰的吸收光谱”和“从光谱数据计算某些简单多原子气态分子的熵”等一系列研究论文。利用该校良好的条件，自己动手设计实验装置，测定了乙炔、乙烯、乙氰、丙烷、氨、碘甲烷和乙醛等14种气体的远红外光谱，其论文“气态的远红外光谱”后来发表在《物理评论》上。他的这些工作，受到了国际学术界的关注。

分子光谱的研究，在量子力学的发源地欧洲更受到化学物理界的重视，因分子光谱研究而荣获诺贝尔奖的赫兹堡（G.Herzberg）教授当时就在德国从事电子光谱与自由基的光谱研究。为了吸取先进经验，交流学术思想，1932年秋，吴学周以访问学者的身份应邀来到德国，在达姆斯塔特（Darm-stadt）高等工业学校进行合作研究与讲学。在这里他结识了赫兹堡教授，两位年轻学者因共同的研究兴趣而建立了深厚的友谊，因而在二次世界大战时，吴学周曾邀请赫兹堡来华工作和避难。1981年，当他们在坎坷的人生旅途经历了50年风雨之后在中国重逢时，往事的回忆，使他们忘却了语言和民族的不同，沉醉在欢乐的友谊之中。

    1933年夏，应中央研究院化学研究所所长王璡的邀请，吴学周回国担任化学所的专任研究员。当时这个所以庄长恭、汤元吉、黄耀曾等人从事的有机化学和药物化学的研究实力最强，理论化学研究尚属空白。吴学周带领柳大纲、朱振钧等人，完成了“丁二炔的紫外吸收带”、“氰酸和某些异氰酸酯的吸收光谱和解离能”、“乙氰分子的基频”、“乙氰分子在近紫外区的新吸收带系”、“某些氰酸酯和异氰酯的吸收光谱和分解能”和“乙炔的近紫外吸收带”等十多项研究工作。这些论文先后发表在美国著名的《物理评论》、《化学物理》和德国的《物理化学》等杂志上，开创了我国多原子分子光谱研究的新局面。

    抗日战争爆发以后，吴学周为了不中断光谱学研究，决定随化学所迁到后方。他于1938年夏，以中法旅行社的名义，经香港、越南等地，辗转万里，把102箱图书、设备和仪器运到昆明。鉴于他在迁所过程中表现出的组织管理才能和献身科学精神，中央研究院蔡元培院长委任他为代理所长，主持筹建科学实验馆。在短短的6个月内，建成了临时实验馆，一年以后，永久性实验馆又告落成。这一时期，吴学周大部分精力消耗在事务性的工作中，为建馆呕心沥血，四处联系，多方奔波，倍受同行友好赞誉。由于经费、试剂和仪器等原因，气体吸收光谱研究无法进行，吴学周改为从事溶液和液体光谱研究以及反应动力学研究，着重矿产资源的开发应用。

    抗日战争胜利后，吴学周回到上海，仍担任中央研究院化学研究所代所长，还兼任上海交通大学和上海医学院教授，讲授物理化学，直到上海解放。1949年，上海回到人民的怀抱。在党和政府的感召下，吴学周使研究所很快地恢复了工作，同年7月，他曾随中华全国第一次自然科学工作者代表大会组织的参观团去东北考察。东北地区的资源和工业建设给他留下了极深的印象，为东北经济建设献身的宏愿开始在心中萌动。

    中国科学院成立时，他被任命为中国科学院物理化学研究所所长。1950年，中国科学院郭沫若院长电邀吴学周来京，商议请他与严济慈、武衡等一起去东北组建科学院东北分院，并对吴学周说：“毛主席提出要建设好东北，你们迁一部分人去那里怎样？”他毫不犹豫地问答：“可以”。于是上海物理化学研究所的30多名科技人员在吴学周带领下来到长春，与长春综合研究所合并，于1954年成立了中国科学院应用化学研究所。吴学周被任命为所长，除“文化大革命”时期中断几年，这个职务一直继续到1983年任名誉所长。