Почувствовав себя зоологом, охотником и лесным человеком, Николай стал презирать всякую цивилизацию. Когда его друзья собирались на совместные прогулки на велосипедах за город, он пробегал это расстояние «петушком», т. е. рядом. Тогда ему было 14 лет. Спустя годы, почти в 65 лет, Николай Владимирович пробегал в заповеднике впереди лошади в телеге десять-двенадцать верст туда и обратно. При этом специально спортом не занимался.
С 12–13 лет Николай был уже серьезным сборщиком биологического материала. Он коллекционировал главным образом птиц и рыб из позвоночных, из беспозвоночных — низших ракообразных, водных блох, циклопов, дафний, из птиц только водоплавающих — дичь, чаек. В общем, у него, как у настоящего зоолога, были любимые и нелюбимые систематические группы животных.
В самом начале 1914 г. семья Тимофеевых потеряла отца, и ей пришлось переехать в Москву. Николай перевелся во Флеровскую гимназию. Сойдясь с местными гимназистами, он с ребятами начал озорничать и хулиганить. Но это не мешало ему хорошо заниматься, регулярно репетировать в студенческом театре и с медалью закончить гимназию.
Интересен следующий факт. Николай с И.Ф. Огневым (в то время пожилым человеком), профессором гистологии медицинского факультета Московского университета, и М.В. Нестеровым (которому было за сорок), очень известным живописцем того времени, почти каждую субботу и воскресенье ходили по всем московским церквям. Огнев преподавал им археологию и искусство постройки старых московских церквей! А еще Николай слушал песни богомольцев и, обладая прекрасной памятью, запоминал их с первого раза. У него был редкий по красоте бас. Голос и музыкальный слух помогали ему в жизни не раз, порой выручали. Позже биографы его спрашивали: «Почему вы, имея такой голос, пошли в науку?». Ответ получили неожиданный: «Да потому что тогда научных работников было немного и большого вреда своему отечеству они не приносили».
С сыном Огнева, Сергеем Ивановичем Огневым — преподавателем зоологии Флеровской гимназии, Николай много ездил по Центральной России. Ознакомился с местообитанием целого ряда млекопитающих и птиц в природных условиях. Во всех таких поездках он был сборщиком Императорской Академии наук для Зоологического музея. Тогда ему было всего 14 лет.
С 16 лет Николай стал посещать Московский городской свободный университет им. А.Л. Шанявского, где познакомился с Николаем Константиновичем Кольцовым. Кольцов организовал в университете первую в России и Европе лабораторию экспериментальной биологии. После революции Тимофеев-Ресовский стал в этой лаборатории заниматься своим любимым делом — экспериментальной зоологией. Школа, которую он прошел в Московском университете, поистине впечатляет. Ведь его учителями были такие корифеи биологической науки, как М.А. Мензбир, Н.К. Кольцов, С.С. Четвериков, Б.С. Матвеев, С.Н. Скадовский, П.И. Живаго, А.Н. Северцов.