蔡元培非常重視健全人格教育，提出“五育”並舉主張。1912年初在出任教育總長時提出，教育方針為“在普通教育，務順應時勢，養成共和國民健全之人格”。同年2月，他在《對於新教育之意見》中，提出軍國民主義教育、實利主義教育、公民道德教育、世界觀教育及美感教育五項主張。他把教育分為“隸屬於政治”與“超乎政治”兩類。隸屬於政治的有軍國民教育、實利主義教育和道德教育三者；超乎政治的則是世界觀教育和美育、實利主義教育和道德教育三者。他認為，兩類五種教育均不可偏廢。為了強兵富國，需要軍國民教育和實利主義教育，但“必以道德為根本”。公民道德即“自由、平等、親愛”，亦即儒家的“義、恕、仁”。他把歐洲資產階級道德觀念同中國儒家的傳統道德觀念揉合在一起，主張培養現實社會的完全的人格。但教育的終極目的還在於追求超現實的實體世界，使人達到最高精神境界，因此還必須有世界觀教育，即引導受教育者超脫現世，領悟最高精神境界的教育。他認為，這種世界觀教育是知、情、意、德、智、體諸者的統一體。從現象世界進入實體世界，不能依靠經驗或理論，隻能依靠渾然直覺的美感，美感是兩個世界的橋梁。他主張“以美育代宗教”，各級學校、各種社會活動都要進行美育。蔡元培提出的教育思想體係，是以軍國民教育、實利主義教育為急務，以道德教育為中心，以世界觀教育為終極目的，以美育為橋梁。
“思想自由”、“兼容並包”是蔡元培任北京大學校長時提出的辦學方針。他認為大學的性質在於研究高深學問。大學是“囊括大典，網羅眾家”的學府，應該廣集人才，容納各種學術和思想流派，讓其互相爭鳴，自由發展。墨守成規，抱殘守闕，持一孔之見，守一家之言，實行思想專製，是不可能使學術得到發展的。他說：“對於學說，仿世界各大學通例，循‘思想自由’原則，取兼容並包主義。”“無論何種學派，苟其言之成理，持之有故，尚不達自然淘汰之命運者，雖彼此相反，而悉聽其自由發展。”他要求學生要“以研究學術為天職”，“砥礪德行”，“敬愛師友”；鼓勵學生兼聽不同學派的課，進行獨立評判，並大力支持學生成立各種學會和研究會，培養學生自由思考和獨立研究學術的能力。蔡元培主張學與術分校，文與理通科。他認為學與術既有聯係，又有區別。學為學理，術為應用，學必借術以應用，術必以學為基本，兩者並進始可。但學與術雖關係密切，而習之者旨趣不同，所以治學者可謂之“大學”，治術者可謂之“高等專門學校”。至於文理資料，互有交錯，治學者不可局守一門，應當溝通各科界限。在這一思想指導下，他把北京大學工科並入北洋大學，取消文理各科界限，並且改“學年製”為“選科製”，使學生能“專精之餘，旁及種種有關係之學理”。蔡元培還提出“教育獨立”的主張，他認為：“教育是幫助被教育的人，給他能發展自己的能力，完成他的人格，於人類文化上能盡一分子的責任；不是把被教育的人，造成一種特別器具，給抱有他種目的的人去應用的。所以，教育事業當完全交與教育家，保有獨立的資格，毫不受各派政黨或各派教會的影響。”即教育事業應超然於各派政黨或各派教會以外。
蔡元培從資產階級男女平等的思想出發，主張推廣和普及女子教育，更開中國男女同校的先河，在上海創辦愛國女校。1912年任教育總長後，蔡元培立即規定：小學實行男女同校。繼之，1917年任北京孔德學校校長，首開中學男女同校的先例；1919年，又在北大開創了近代中國大學實行男女同校的先河，在政治和思想上都產生了極大的影響。