Thomas Jefferson zapisał się do szkoły William & Mary 25 marca 1760 roku, w wieku 16 lat. Wczesną edukację otrzymał od korepetytorów w domu, a później jako pensjonariusz w szkołach prowadzonych przez anglikańskich duchownych. Gdy przybył do Williamsburga, młody uczony był już biegły w klasyce i potrafił czytać greckich i łacińskich autorów w oryginale, co kontynuował przez całe życie.
Oprócz szkoły filozoficznej – kursu kolegialnego, do którego zapisał się Jefferson – William Mary posiadał także gimnazjum dla chłopców w wieku od 12 do 15 lat; szkołę boską, gdzie młodzi mężczyźni, którzy ukończyli studia w szkole filozoficznej, byli przygotowywani do święceń w Kościele Anglii; oraz szkołę dla Indian, założoną w celu edukacji i chrystianizacji indiańskich chłopców.
Jefferson zamieszkał i zakwaterował się w William & Mary w budynku znanym dziś jako Sir Christopher Wren Building, uczęszczając na wspólne posiłki w Wielkiej Sali oraz poranne i wieczorne modlitwy w kaplicy. Był nauczany filozofii naturalnej (fizyki, metafizyki i matematyki) oraz filozofii moralnej (retoryki, logiki i etyki). Był gorliwym i pilnym uczniem, wykazywał ciekawość wszystkich dziedzin i, jak głosi tradycja rodzinna, często uczył się 15 godzin dziennie. Jego najbliższy przyjaciel ze studiów, John Page z Rosewell, donosił, że Jefferson „potrafił oderwać się od swoich najdroższych przyjaciół, by lecieć na swoje studia.”
W William & Mary, Jefferson był uczony przez Williama Smalla. Szkot, który kształcił się w Marischal College w Aberdeen, Small został mianowany profesorem filozofii naturalnej w 1758 roku. Wkrótce po przybyciu Jeffersona, Small przejął również obowiązki wykładowcy filozofii moralnej, gdy katedra ta zwolniła się po odejściu Jacoba Rowe. Small zapoznał Jeffersona z pismami Locke’a, Bacona i Newtona oraz rozbudził w entuzjastycznym młodym studencie zainteresowanie nauką.
Był to burzliwy okres w historii W&M, okres charakteryzujący się politycznymi zawirowaniami, spadkiem dyscypliny i napięciami między wydziałem a Radą Wizytatorów. Mimo to Jefferson rozkwitał pod okiem Smalla. Później napisał: „To było moje wielkie szczęście i to, co prawdopodobnie zaważyło na losach mojego życia, że Dr. William Small ze Szkocji był wtedy profesorem matematyki, człowiekiem głębokim w większości użytecznych gałęzi nauki, z radosnym talentem komunikacyjnym, poprawnymi i dżentelmeńskimi manierami oraz rozszerzonym i liberalnym umysłem.”
Kurs studiów Jeffersona na W&M trwał dwa lata, a następnie przez następne pięć lat czytał prawo pod kierunkiem George’a Wythe’a, wybitnego prawnika, który miał zostać pierwszym profesorem prawa na William & Mary w 1779 roku. Jefferson określił Wythe’a jako „mojego najwcześniejszego i najlepszego przyjaciela”, dodając, że „jemu zawdzięczam pierwsze wrażenia, które miały najbardziej zbawienny wpływ na bieg mojego życia”. Poprzez Wythe’a i Smalla, Jefferson poznał gubernatora Francisa Fauquiera i często dołączał do tych trzech starszych mężczyzn, gdy jedli razem posiłki w Pałacu Gubernatora. Jefferson – który powiedział, że muzyka była „ulubioną pasją mojej duszy” – był również zapraszany do udziału w pałacowych musicalach, grając na skrzypcach lub wiolonczeli.
Dumas Malone, dwudziestowieczny biograf Jeffersona, napisał, że historia studenckich dni Jeffersona w Williamsburgu „jest historią… pierwszego rozkwitu niezwykłego umysłu”. Jako student w William & Mary, młody Jefferson miał idealny punkt obserwacyjny, z którego mógł obserwować i być uczonym przez przywódców kolonii, gdy przygotowywał się do zajęcia wśród nich swojego miejsca.
.