（一）教育与人才
詹天佑六岁被父亲送入私塾念书，至十一岁赴美留学，五年期间接受了中国传统的封建启蒙教育。之后选拔赴美，在美国开放自由的环境中接受完整先进的教育之后，重回祖国的詹天佑最切身感受到的是祖国教育的落后。
1881年（光绪七年）的中国，仍沿袭着两千多年的传统，学习四书五经、八股文，追求升官发财、光宗耀祖。所谓的文人们脱离实践、潜心于儒家思想，国内工科人才急缺。詹天佑眼见中国教育的落后现状和清政府的腐败无能，心情沉闷痛苦又无能为力。他只能在任教员时，倾尽所学教授于学生；后在铁路部门工作时，热情传授知识于身边好学青年。他在天津中国铁路公司工作时，就热心地帮助、指导青年司机张美系统地学习数学、物理等学科知识与铁路建筑、机车原理、维护、保养等专业技术，使张美后来成了一名优秀的铁路工程师。
詹天佑认识到大量优秀的工程技术人员对当时备受列强欺凌的中国，具有最迫切的意义与作用。他在一封致一位中国铁路工程师的信中，这样写道：
“中国应该训练他自己的工程师，当邝（孙谋）和我开始我们的事业时，如果就这样做，肯定会有成百的人，在其工作岗位上，比我二人更为能干。但是，他们得不到这样的支持……在所有事情中，最重要的是鼓励和帮助中国工程师。”
詹天佑无力改变中国的教育现状，但他确实尽最大的努力“鼓励和帮助中国工程师”。1905年詹天佑受命主持京张铁路路工后，在艰难施工的同时，他摸索着在工程实践中教育、培养、考核、提高工程技术人员的新式教育工程。对这些年轻的、没有受过系统的铁路知识教育的技术人员，詹天佑关怀备至、诚恳接待。他重视技术人员的深造，制订了中国第一份《升转工程师品格程度章程及在工学生递升办法》，实行逐年考核，按级提升，职责明确，奖惩分明的制度，充分调动了大家学习与工作的积极性。在詹天佑的言传身教之下，这些学员们很快都能独当一面，纷纷走向全国其他铁路上担任重要职务。后人有评价说，中国早年的铁路工程科技人才，多数都是经由詹天佑教育培养出来的。詹天佑“铁路之父”的名称，当之无愧。
1905年，詹天佑热切盼望的近代化教育改革终于启动了。清廷于这年9月2日（光绪三十一年八月初四）昭准自丙午科（1906年）为始，所有乡会试一律停止，各省岁科举考试亦即停止，并令学务大臣及各省督抚在全国迅速推广新式学堂教育。
1906年，经清廷批准，首次归国留学生毕业生考试正式举行，詹天佑以“通科学及外国文”之京外官员的身份，被清廷选派参加留学毕业生考试，拟定中英文考题，评记考卷分数等。
这次考试让关注教育的詹天佑十分兴奋，他多次在给朋友的信件中提到这件事。其中，在给他的美国老师诺索布夫人的信中，他以喜悦的心情高度评价了这次考试的重要意义。他说：“这标志着中国考试已经开辟了一个新纪元，以前考试只用八股文，这终于废除了……每个人都有平等的机会表明他的学识和才能。我很荣幸能参加协助进行这第一次考试。”在10月19日考试发榜当天，詹天佑还特地赶去将此次黄榜拍摄成照片纪念。
詹天佑发自内心地渴求人才，并希望青年人才投身于祖国建设中，不追求名利。1910年，詹天佑再次参与主考归国留学毕业生，在单独接见考生时，他曾语重心长地说：“我们留学外国，获得了一些知识技能，要做一点事贡献国家。如果要做官，就不能做事，想做事，万不可做官。”
詹天佑希望青年人才不追求名利，只是他对青年人道德要求的一个方面。詹天佑一贯严格要求对青年学员与科技人才的品行道德的培养，“必须先品行而后学问”。
詹天佑在著名的《敬告交通界青年工学家》一文中，就专门提出“进德”一节，对青年科技人员的德行提出了明确要求。他说：
“道德者人之基础也。学术虽精，道德不足，犹筑高屋于流沙之上，稍有震摇，无不倾倒。欧美富强，实普通人民，皆守自然道德所致也。近世人心浇薄，古道难行，毁谨厚者为迂腐，誉巧辩者为能才。而我工学家以实业为根本，切忌浸染于狂流，杨震四知之说，阳明良知之谈，乃道德最精之义，为吾人必守之箴。”
抱着这样一种想法，詹天佑提出了针对工程科技人员升转的“品行资格”要求，“洁己奉公，不辞劳怨。勤慎精细，恪守范围。志趣诚笃，无挟偏私。明体达用，善于调度”。这是中国近代最早的一份关于培养工程技术人员在品德方面明确而具体的要求。詹天佑重视青年科技人员品格的教育和规范，贯彻了其一生。他在病榻上写的《敬告交通界青年工学家》一文中，更是多加阐述品德修养对于科技人员的必不可少性。
詹天佑的教育思想，具有先进性和全面性。对立于封建腐朽不实用的传统教育，詹天佑大胆实践了对旧中国有着深远意义的教育模式，为急需工科人才的旧中国培养了一批德才兼备的工学人才，奠定了中国工程科技教育的基础。
（二）科技与管理
在科技与管理方面，詹天佑受西方影响较深。在科学方面，关注世界上的科技动态与最新科技成就，始终保持科技的先进性；在管理方面，大胆采用了新的管理模式，在管理领域创下了中国近代史上的多个“首次”。
从詹天佑遗存下来的书信等资料中，有数量众多的信件是和他在美国时的同学、朋友联系的。通过他们，詹天佑了解西方国家工程技术的新进展与设备材料的新成果，并经常委托他们代购西方新出版的科技书籍。
詹天佑学以致用，在建滦河铁路大桥时，结合中国传统的桥梁打桩方法，创新性地引进了西方先进的工艺技术，巧妙设计出气压沉箱法建造桥墩。修建京张铁路时，大胆设计了“之”字形线路。还在采用铁路轨距时，从中国铁路事业的长远发展出发，采用在英、美刚推广的新国际标准轨距等等。这样的事例有很多，詹天佑并不是一味地拾人牙慧，而是在此基础上，结合中国实际，加以创新和改良，更好地使其为我所用。
詹天佑说：“故必从事业以求精理，温故业而启新知。凡外国有新理新器之发生，务研究其原因，必改良于后，殚精竭虑，终有贯通之一日。又何难于发明哉？”正是这种巧借外力，为我所用的思想，帮助詹天佑攻克了一个又一个难关，在外国人束手无策的难题前，一次又一次为国人争了光。
19世纪后半叶，中国近代工业交通经济逐渐起步，但企业管理方面仍延续着中国传统行会的气息与小生产的狭隘、保守的管理行为，一片落后与混乱。詹天佑是中国近代最早重视企业经济管理与具有先进、系统的管理思想的优秀人才。
詹天佑要求建立一套全中国统一的、科学而又实用的技术标准与管理规范，乃至形成一套全国通行的严格的铁路法规。只有形成这样一套法规，才能保证与促进全国的铁路事业迅速、高效、安全、健康地发展。可以说，这是近代工矿交通企业经济管理中具有最重要意义的基础和前提。首先，他重视建立全中国铁路统一的技术标准，最早在中国倡导国际标准轨距；并组织制订铁路与交通建设的各种技术标准，促使中国第一部关于铁路建设的规范的诞生。其次，他重视建立铁路行车营运的各种规章制度，主持制订了中国铁路史上第一套严格、科学、具体、细致、实用的铁路行车规章制度，在中国铁路建设史上发挥了重大作用。第三，他重视铁路法规的建设，呼吁并参与制订铁路法规。最后，他还重视中译西方科学知识与工程技术词语的统一与规范。历时二十余年，编成《新编华英工学字汇》。
在建筑施工方面，詹天佑在中国最早废弃了传统的、易发生严重腐败弊病的个人私相交易的订货方法，引进了西方工程购物中的招标方法。这一方法一直延续至今，有效避免了腐败交易，并提高了工程的施工效率。
在最重要、最复杂的人员管理方面，詹天佑引进了岗位职责制度。在第一次全面主持京张铁路干线施工时，詹天佑就详细制定了中国前所未有的一份《（京张铁路）工程师与员司办事章程》，使得各岗位职责分明，督促了其工作的有效实行。对于奖惩升停，也有明确的规章制度，惩戒了懒惰怠工者，保证了有能者的利益，并保证员工中的良好风气，促进员工自身的进步。此外，詹天佑还注重保障员工的福利，重视员工教育等等，制订了一系列领先全国、行之有效的人员管理制度。
詹天佑的科技思想及管理思想影响了他一生的工程实践和科技活动，也影响了中国近代工科的发展，是他留给中国人民的又一份珍贵思想。