Według Kaku, przełomem w wyborze ścieżki kariery naukowej okazało się zobaczenie zdjęcia przedstawiającego biurko Alberta Einsteina tuż po jego śmierci. Zaintrygowało go, że Einstein nie zdążył ukończyć swojej teorii jednolitego pola, co skłoniło Kaku do złożenia sobie obietnicy, iż poświęci życie na rozwiązanie tego problemu. Jeszcze w szkole średniej, na potrzeby konkursu naukowego, skonstruował w garażu rodziców tzw. „atom smasher” o energii 2,3 MeV. Urządzenie, wykonane ze złomu metalowego i 22 mil (35 km) drutu, było dostatecznie silne, by wytwarzać antymaterię. Podczas krajowego finału konkursu naukowego w Albuquerque (Nowy Meksyk) zwrócił na siebie uwagę fizyka Edwarda Tellera, który wziął go pod swoje skrzydła i przyznał mu stypendium Hertz Engineering Scholarship.
Kaku studiował w Harvard College, gdzie mieszkał w Leverett House, a w 1968 roku ukończył uczelnię z najwyższym wyróżnieniem (summa cum laude), zajmując pierwsze miejsce wśród studentów fizyki. Dalszą edukację kontynuował w Berkeley Radiation Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, gdzie uzyskał tytuł doktora, a w 1972 roku rozpoczął wykłady na Uniwersytecie Princeton.