Wykształcenie Rodzina osiedliła się w Portsmouth, rodzinnym mieście matki. Al-Khalili miał wówczas prawie 17 lat i rozpoczął przygotowania do egzaminów A-level w – placówce, która kilka lat wcześniej stała się koedukacyjna. Był jednym z trzech chłopców w roczniku liczącym około 120 dziewcząt i został wybrany na ucznia reprezentującego szkołę (), ponieważ pozostali dwaj nie chcieli tej funkcji. Fizyką zainteresował się w wieku około 13–14 lat: pociągało go to, że polega ona na rozwiązywaniu zagadek i odwołuje się do zdrowego rozsądku, podczas gdy chemia i biologia wymagały – jak mówił – zapamiętywania, w czym był słaby. W laudacji towarzyszącej doktoratowi honorowemu Uniwersytetu w Newcastle przywołano jego wspomnienie, że przełomem był test z fizyki, na którym uzyskał lepszy wynik niż reszta klasy, i wniosek, jaki z niego wyciągnął: że nauka nie jest zasobem faktów, lecz zdyscyplinowanym sposobem rozwiązywania problemów. Egzaminy zdał dopiero za drugim podejściem: nie zdał chemii, wybranej za czyjąś namową zamiast informatyki, a matematykę musiał poprawiać, ponieważ spóźnił się na egzamin i spanikował.