1902年（清光緒二十八年）9月20日，吳學(xué)周出生于江西省萍鄉(xiāng)縣一個教書先生家中，祖父是清朝舉人，父親以教私塾為業(yè)，崇尚新學(xué)，思想開明，勤奮好學(xué)，1909年專門到萍鄉(xiāng)師范學(xué)校改學(xué)新學(xué)。吳學(xué)周自幼受著良好的家庭教育，特別是他父親對他啟蒙影響很大。

1916年（民國五年），吳學(xué)周考入萍鄉(xiāng)縣立中學(xué)，接受較系統(tǒng)的自然科學(xué)教育，他對數(shù)理化有濃厚的興趣。

1920年（民國九年），考取南京高等師范學(xué)校（后改為東南大學(xué)，即現(xiàn)在的南京大學(xué)），學(xué)習(xí)化學(xué)。

1924年（民國十三年），以優(yōu)異成績畢業(yè)于東南大學(xué)化學(xué)系，經(jīng)張子高教授推薦留在化學(xué)系任助教。

1927年（民國十六年），經(jīng)吳有訓(xùn)教授介紹，曾在江西省立南昌中學(xué)高中部任教半年，然后回東南大學(xué)繼續(xù)任化學(xué)系助教。又經(jīng)吳有訓(xùn)教授推薦，參加江西省教育廳公費(fèi)留學(xué)生考試，以全省總分第一名的成績考取公費(fèi)留美學(xué)習(xí)的資格。

1928年（民國十六年），吳學(xué)周來到美國加州理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位，專業(yè)為物理化學(xué)。

1931年（民國二十年）夏，被授予博士學(xué)位。同年在《美國化學(xué)會會志》（Journal of the American C hemical Society）上發(fā)表了兩篇論文《HCl溶液中四價銥還原成三價銥的還原電位》(Redu ction Potential of Quadrivalent to Trivalent Iridium in Hydrochloric Acid Soluti on)和《銥的電位測定》(Potentiometric Determination of Iridium)。

1932年（民國二十一年），赴德國達(dá)姆斯塔特高等工業(yè)學(xué)校從事光譜學(xué)研究。

1933年（民國二十二年）夏，應(yīng)中央研究院化學(xué)研究所所長邀請，吳學(xué)周回國擔(dān)任化學(xué)所的專任研究員?

1938年（民國二十七年）夏，中央研究院蔡元培院長委任他為代理所長，主持籌建科學(xué)實(shí)驗(yàn)館。

1948年（民國三十七年），選聘為中央研究院院士，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員、名譽(yù)所長，環(huán)境化學(xué)研究所所長。

1949年7月，他參加了中華全國第一次自然科學(xué)工作者代表大會籌備委員東北參觀團(tuán)。

1950年，應(yīng)中國科學(xué)院郭沫若院長電邀來京，與嚴(yán)濟(jì)慈、武衡等一起去東北組建科學(xué)院東北分院。

1958年，創(chuàng)辦了長春化學(xué)學(xué)院和附設(shè)的化學(xué)學(xué)校與技工學(xué)校。

1959年，在他的積極倡導(dǎo)下長春應(yīng)化所建立了中國第一個光譜實(shí)驗(yàn)室。

1978年，吳學(xué)周以分子光譜專家的身份冷靜分析了中國在這個領(lǐng)域的狀況，注意到進(jìn)口光譜儀器很多，但分子光譜研究的論文卻寥若星晨，有學(xué)術(shù)創(chuàng)見的論文則更少，存在著忽視理論和基礎(chǔ)研究的傾向。

1980年，他受中國化學(xué)會的委托，舉辦了全國分子光譜學(xué)習(xí)班，探討了分子光譜簡正坐標(biāo)計(jì)算的新方法，以及電子計(jì)算機(jī)在分子光譜上應(yīng)用等新技術(shù)，推動了中國分子光譜學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用。

1981年，當(dāng)選為中國科學(xué)院第四屆學(xué)部委員（院士）。

1983年10月31日零時20分，吳學(xué)周逝世。

吳學(xué)周是中國最早把光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用于分子常數(shù)和熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算的光譜學(xué)者。氰酸、氰酸酯、異氰酸酯和鹵化氰分子的解離能的確定；HCN，CICN，BrCN，ICN，C2N2和C2H2等分子在298K的熵值計(jì)算，對光譜研究均具有指導(dǎo)意義。他在開展光譜基礎(chǔ)研究的同時，就注意了這門學(xué)科在物理化學(xué)研究中的應(yīng)用。他在硫氰酸酯和異硫氰酸酯的吸收光譜考察中，基于每個分子具有兩個連續(xù)吸收區(qū)而求出兩種解離能，并認(rèn)為解離成烷基或芳基，硫氰酸基或異硫氰酸基，是初始光化學(xué)過程。在裝備了紅外光譜儀以后，他又開展了紅外與紫外在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。開創(chuàng)了中國多原子分子光譜研究的新局面。有些工作是對國際化學(xué)界的貢獻(xiàn)。

早年從事多原子分子的紫外、遠(yuǎn)紅外光譜研究，發(fā)現(xiàn)了一些新的光譜帶系，闡明了若干典型的重要多原子分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。親自領(lǐng)導(dǎo)核燃料前、后處理中的化學(xué)問題的研究；開展超純分析和痕量分析，以及后來的環(huán)保分析；主持光譜、波譜、結(jié)構(gòu)化學(xué)研究工作；晚年組建了激光化學(xué)研究室并應(yīng)用光譜法研究生物活性物質(zhì)的氧化機(jī)理。

1933年回國后，潛心于直線型、高度對稱的多原子分子乙炔、聯(lián)炔、雙氰等近紫外線吸收光譜的研究，取得重要成果。在雙氰分子吸收光譜中，發(fā)現(xiàn)一個新的光譜帶系，把多原子分子的近紫外吸收光譜學(xué)向前推進(jìn)了一步。在美國的《化學(xué)物理》和德國的《物理化學(xué)》等學(xué)術(shù)權(quán)威雜志上，陸續(xù)發(fā)表《丁二炔的紫外吸收帶》、《氰酸和某些異氰酸酯的吸收光譜和解離能》、《乙氰分子的基頻》等十余篇論文，開創(chuàng)了中國多原子分子光譜研究的新局面。

1959年長春應(yīng)化所建立了中國第一個光譜實(shí)驗(yàn)室，60年代已經(jīng)發(fā)展成為中國超純分析基地。同時他還領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)化所不斷擴(kuò)展新的學(xué)科，開辟了原子能化學(xué)，低聚物化學(xué)，定向聚合，高分子物理等學(xué)科，在國內(nèi)首次分離出15個純稀土氧化物，完成了核燃料后處理萃取新流圖，制備了純硅半導(dǎo)體，為中國確定了第一個自行研究與工業(yè)生產(chǎn)通用合成橡膠的鎳系列順丁橡膠。在他的努力下，長春應(yīng)化所成為一個擁有22個研究室的大型研究所。該所在有關(guān)單位協(xié)助下，成功地制造了國內(nèi)第一臺激光拉曼光譜儀，為國家填補(bǔ)了一項(xiàng)空白，還建立了激光同位素分離室，取得了重大的科研成果，多次受到國家的嘉獎。

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1978年國家恢復(fù)研究生制度后，應(yīng)化所每年招收幾十名研究生，在1980年招收了三名研究生。吳學(xué)周親自為他們查找文獻(xiàn)、選定課題，還選送了十幾名研究生出國深造，為增強(qiáng)科研后勁。

1933年回國，任中央研究院化學(xué)研究所研究員、所長。

1939年開始，吳學(xué)周曾10次被選為中國化學(xué)會理事或常務(wù)理事，并擔(dān)任過該會物理化學(xué)委員會主任委員。

1954年至1983年，任長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長、名譽(yù)所長。

1956—1983年，任九三學(xué)社中央委員會常務(wù)委員。曾任吉林省政協(xié)副主席，省人大常委會副主任，全國政協(xié)委員，全國人大第二、三、五、六屆代表。

1957年，被任命為國務(wù)院科學(xué)規(guī)劃委員會化工專業(yè)組副組長。

1978年，由國家科委聘為化學(xué)組成員。

1979年，兼任中國科學(xué)院環(huán)境化學(xué)研究所所長。

1980年，任中國科學(xué)院環(huán)境委員會副主任，同年又當(dāng)選為吉林省科協(xié)主席、擔(dān)任過《中國大百科全書·環(huán)境科學(xué)卷》主編，《分析化學(xué)》、《應(yīng)用化學(xué)》和《應(yīng)化集刊》等出版物的主編。

我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)吳老的科學(xué)思想、創(chuàng)新精神 和崇高品質(zhì)；永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)他對祖國、對人民、對科學(xué)的無限熱愛和忠誠；永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)他偉大的奮斗和獻(xiàn)身精神。（中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所所長王利祥評）

吳學(xué)周院士把畢生精力無私的獻(xiàn)給祖國的科學(xué)事業(yè)，為建立中的光譜研究基地和中國化學(xué)事業(yè)發(fā)展傾注了全部心血。（新華網(wǎng)評）

吳教授早期在分子光譜方面的杰出工作，在某些方面至今還為人們所引用，他在應(yīng)用化學(xué)方面的后期工作，包括長春應(yīng)化所的建立，將成為他事業(yè)的豐碑�！保ㄖZ貝爾獎獲得者、加拿大著名科學(xué)家赫爾茲伯格教授評）

2002年10月中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所成立了“吳學(xué)周獎”，以紀(jì)念長春應(yīng)化所老所長，中國著名物理化學(xué)家吳學(xué)周院士。

2008年9月23 日，隆重舉行了吳學(xué)周先生雕像落成揭幕儀式。