比起高中时代，马斯克在大学时代更加雄心勃勃。他学习商业课程，参加演讲比赛，他标志性的专注和竞争力也始于那个时候，并一直延续至今。一次经济学考试之后，马斯克、法鲁克和其他几个同学回到宿舍，拿出笔记翻看，想知道谁在考试中表现得更好。结果很快明朗，马斯克对于知识的掌握比其他人更扎实。在很长一段时间里，马斯克保持了一如既往的专注。“这是一群卓越之人，但显然埃隆远超其他人，在钟形曲线之外，”法鲁克说，“一旦埃隆想了解某个事物，他会投入比别人多得多的精力。这是埃隆和其他人的不同之处。”
1992年，在皇后大学待了两年之后，马斯克获得奖学金后便转学到了宾夕法尼亚大学。马斯克希望这所常青藤名校可以帮他打开更多的机会之门，于是主修了双学位——首先是沃顿商学院的经济学学位，然后是物理学学士学位。而贾斯汀则待在皇后大学，追寻着她的作家梦想，并跟马斯克展开了异地恋。有时候她会去探望马斯克，两人会在纽约度过一个浪漫的周末。
马斯克在宾夕法尼亚大学更加如鱼得水，并且和那些学物理的同学相处甚欢。“在宾州，他能够遇到跟他想法相似的人，”梅耶说，“那里有一些书呆子。他很享受与他们相处的时光。我还记得有一次跟他们去吃午餐，他们讨论一个物理问题，a加b等于圆周率的平方之类的。他们会开怀大笑。看见他如此开心，这简直太棒了。”但同样，马斯克并没有跟其他专业的学生交上朋友。很难找到当年对他有印象的学生。但是他的确结交了一个很亲密的朋友阿德·雷西(adeoressi)。雷西后来成为一名硅谷创业者，并且一直与埃隆保持着密切的关系。
雷西的身高超过6英尺，是一个瘦瘦高高的家伙，有着精灵古怪的气质。相比马斯克的勤奋和脚踏实地，他更加色彩斑斓并富有艺术气息。两个年轻人都是转学生，并且最后都被安排在脏兮兮的新生宿舍里。这种黯淡的社交品质没有达到雷西的期望，于是他跟马斯克商量去校外租一间大房子。他们最后用相对低廉的价格租下了一套有10个房间的大房子，这之前是兄弟会没有被租用的房子。马斯克和雷西平时学习功课，但到周末快来临的时候，雷西就会把房间布置成夜总会。他用垃圾袋将窗户挡住，以便让屋内变黑，并用亮色的颜料和其他能找到的任何物件来装饰墙面。“这绝对是一个无照经营的夜总会，”雷西说，“会有500个人光顾，每个人只需要交5美元，就可以在这里任意享用酒水——啤酒、果冻酒以及其他类型的酒水。”
每到周五晚上，房子里就会回荡着从雷西超重低音音响里传出的音乐，连地面都随之颤抖。梅耶到访过其中一次派对，发现雷西正在往墙上钉东西，然后在上面刷上在黑暗中会闪闪发亮的涂料。后来，她在门口负责保管衣物和收取门票，并且抓住一把剪刀用来防身，因为用来装钱的鞋盒里面已经堆满了钞票。
第二幢房子里有14间客房。马斯克、雷西和另外一个人住在那里。他们将胶合板放在旧桶上做成桌子，还有其他一些临时装修点子。有一天，马斯克回家后发现雷西把他的桌子钉在了墙上，并且涂上了荧光粉。他不动声色地把桌子取下来，漆回黑色，然后继续用来学习。雷西说，“我当时的反应是，‘老兄，这是我们俱乐部的装饰品’。”当我向马斯克提起这件事时，他实事求是地说：“那是一张桌子。”
马斯克偶尔会喝伏特加兑健怡可乐，但他的酒量并不大，也不太喜欢酒的味道。“在派对上必须有人保持清醒的头脑，”马斯克说，“我在大学里一直都是自力更生，一个晚上就可以赚回一个月的房租。阿德负责把房间装饰得酷炫一点，而我则负责让派对继续下去。”当谈到这一点时，雷西说道，“埃隆是自制力极强的家伙。他从来不会把自己灌醉，从来不会，这种情况从未发生过。”只有当马斯克不分昼夜地玩电脑游戏的时候，雷西才不得不制止他的行为。
马斯克对于太阳能领域的长期兴趣和在利用新能源领域的探索始于宾夕法尼亚大学。1994年12月，他要为一门功课撰写一份商业计划书，题为“太阳能的重要性”。论文的开头体现了马斯克略带讽刺的幽默感。在页面的顶部，他写道“太阳明天会升起……——小孤儿安妮论可再生能源”。接下来，这篇论文基于材料的改进和大型太阳能发电站的建设，预测太阳能技术将蓬勃发展。马斯克深入研究了太阳能电池的工作原理和各个部分的有效利用。在论文的结论部分，他描绘了“能源站的未来”。他画了一对巨大的太阳能电池板漂浮在太空——每个有4000米长——通过微波源源不断地向地球发射能量，而用来接收能量的天线直径有7000米。马斯克的论文获得了98分，他的教授认为这是一篇“非常有趣、写得很不错的论文”。
他在第二篇论文中讨论了文献和书籍的电子扫描方法，首先进行光学数据识别，然后把所有信息存入一个单一的数据库——就像今天的谷歌图书(googlebooks)和谷歌学术(googlescholar)的结合体；他的第三篇论文又涉足了马斯克最喜欢的主题——超级电容器。在这份44页的文件里，马斯克对于能源存储的新型方式感到欢欣鼓舞，他认为这些技术未来可以应用到汽车、飞机和火箭上。他的论文中提到了硅谷一家实验室的最新研究，他指出：“最新研究结果表明，这是自电池和燃料电池问世以来，又一种存储大量电能的新方法。此外，因为超级电容器保持了电容器的基本特性，它传送电能的速度可以比同等重量的电池快数百倍，但是充电速度一样快。”马斯克的这篇论文获得了97分，并获誉“分析得非常透彻”且具有“出色的财务知识”。
教授的评价非常中肯。马斯克可以像逻辑学家那样清晰简洁地表达，同时非常准确地从一个要点转移到下一个要点。但马斯克真正突出的地方在于，他将复杂的物理概念与商业计划相结合的能力。不仅如此，他还显示出了将一项科研成果转化为营利性企业的非凡才能。
马斯克开始认真思考大学毕业后的选择，他曾考虑过进入视频游戏行业。从童年时代起，他就非常迷恋游戏，并有游戏行业的实习经历。但是，他又觉得这个追求不够宏大。“我真的很喜欢电脑游戏，但即使我做出了非常出色的电脑游戏，这又会给世界带来多大影响呢？”他说，“这不会对世界产生很大的影响，虽然我发自内心地热爱游戏，但我不会把它当作我的职业。”
在接受采访的过程中，马斯克往往要让人们意识到，在他的人生中，有一些真正伟大的想法一直根植在脑海中。正如他所说的，他在皇后大学和宾夕法尼亚大学经常思考未来世界的可能性，最后得出下面这个结论：他认为互联网、可再生能源和太空探索这三个领域正在发生巨变，并且自己可以在这些领域有所作为。他郑重其事地说要同时进军这些领域。“我把这些想法告诉了我的前女友和前妻，”他说，“这听起来就像疯子在胡言乱语。”
马斯克坚持宣扬他的早期理想——关于电动汽车、太阳能和火箭，但很难令人信服。这让人感觉他似乎在以一种强制的方式来塑造自己的人生故事。但是，对于马斯克来说，跌跌撞撞地闯进某个领域和有意为之是有明显区别的。长期以来，他一直想让世界知道，他和硅谷那些作坊式的创业者是不一样的。他并不是在顺应潮流，也不是为了发财，他是在追求一个整体的计划。“我的确在大学期间就开始思考这些事情，”他说，“这不是事后编造出来的故事。我不想被看作一个新手，我不喜欢跟风和投机。我不是投资者。我喜欢把那些对于未来真正重要和有价值的技术，以某些方式变成现实。
当梅耶前往加拿大去寻找住所的时候，14岁的托斯卡趁机把南非的家族房产卖掉了。“她还卖了我的车，并准备把我们的家具也卖掉，”梅耶说，“当我回来问她为什么这么做时，她说，‘别再迟疑了，我们现在就离开这个地方。’”