В начале августа 1869 года Константин вместе с младшим братом Игнатием определен в Вятскую мужскую гимназию (в прежние годы бытовало мнение, что Константин Эдуардович никогда не учился систематически). Кстати, для биографов ученого всегда оставалось загадкой, почему Константин Эдуардович ни строчки не написал о своей учебе в Вятской гимназии. А ведь учился он там с 1868 по 1873 год.

Вятская классическая гимназия считалась прогрессивной, находилась под влиянием новых передовых идей, охвативших русское общество. До четвертого класса все воспитанники обучались по общей программе, в которую входили закон Божий, математика, география, русский, немецкий и французский языки, чистописание, черчение и рисование. В высших же классах, назначенных для специального обучения, были введены: латинский и греческий языки для поступающих в университет, математика для поступающих на военную службу, законоведение для готовящихся к службе гражданской.

Судя по протоколам педагогического совета гимназии братья Циолковские учились в первом классе посредственно. Их нет в списке награжденных, но нет и в списках учеников, переводимых с переэкзаменовкой. Во втором классе Константин остался на второй год. Игнатий перешел в третий класс, но переводные экзамены не сдал и остался на второй год в третьем классе. Братья снова стали учиться вместе. Образцовым поведением они не отличались. Это видно из записей штрафной книги Вятской гимназии (сохранились лишь отдельные страницы), куда записывались провинности и наказания учеников. Мелькали в ней записи и о братьях Циолковских:

«1871г. 25 августа. Константин Циолковский, 2 кл., за повторяющиеся шалости во время перемен наказан часовым арестом».

«1871г. 28 августа. Сорокин и Циолковский наказаны 2-х часовым арестом за неисправности тетрадей по классу греческого языка, несмотря на неоднократные выговоры и замечания со стороны преподавателя».

«1871г. 12 декабря. Константин Циолковский, Николай Сорокин и Петр Глебов 3-го класса не явились после большой перемены на урок латинского языка…».

«1872г. 6 мая. Лобачев и Циолковский шалили во время урока русского языка, наказаны 1,5 часовым арестом»…

В гимназии Константин Циолковский проучился почти четыре года. Учение ему, полуглухому мальчику, давалось нелегко. «Учиться в школе я не мог… Но постепенно ум мой находил другой источник идей – в книгах». Занимался Костя сам по книгам отца и старших братьев. «Лет 14-ти я вздумал почитать арифметику, и мне показалось все там ясным и понятным. С этого времени я понял, что книга – вещь не мудреная и вполне мне доступная. Я разбирал с любопытством и пониманием несколько отцовских книг по естественным и математическим наукам». Рассказывал Циолковский, как увлекла его астролябия – прибор для измерения расстояния до недоступных предметов. Костя смастерил ее и с помощью прибора определил расстояние до ближайшей пожарной каланчи. Расчет показал, что до нее 400 аршин. Проверил шагами — и не ошибся. Так будущий ученый еще в детстве поверил в теоретическое знание.

Всю жизнь Циолковский любил и умел мастерить: «Еще 11 лет…мне нравилось делать кукольные коньки, домики, санки, часы с гирями и прочее. Все это было из бумаги и скреплялось сургучом… К 14-16 годам потребность к строительству проявилась у меня в высшей форме. Я делал самодвижущиеся коляски и локомотивы. Приводились они в движение спиральной пружиной. Я также увлекался фокусами и делал столики и коробки, в которых вещи то появлялись, то исчезали.

Увидел однажды токарный станок. Стал делать собственный. Сделал и точил на нем дерево, хотя знакомые отца и говорили, что из этого ничего не выйдет. Делал множество разного рода ветряных мельниц. Затем коляску с ветряной мельницей, которая ходила против ветра и по всякому направлению…

После этого последовал музыкальный инструмент с одной струной, клавиатурой и коротким смычком, быстро движущимся по струне. Он приводился в движение колесами, а колеса – педалью. Хотел даже сделать большую ветряную коляску, и даже начал, но скоро бросил, поняв малосильность и непостоянство ветра».

С детства и до глубокой старости великий ученый многое делал сам. Он считал, что страсть к изобретательству унаследовал у отца: «Страсть к изобретательству и строительству у него была. Меня еще не было на свете, когда он придумал и устроил молотилку, увы, неудачно. Старшие браться рассказывали, что он с ними строил модели домов и дворцов. Всякий физический труд он поощрял в нас…».

Исключительные способности и склонность сына к изобретательству не могли ускользнуть от внимания отца И отец решил отправить 16-летнего юношу в Москву для получения образования.