В Преображенское из Оружейной палаты привозили по просьбе Петра то сломанный немецкий карабин, то глобус, то механические часы. Разобраться с ними ему было невозможно без помощи специалиста. В Немецкой слободе юный царь нашел голландского инженера Франца Тиммермана, который занимался с ним арифметикой, алгеброй, геометрией и обучал правилами применения астролябии. Учителем голландец был посредственным, сам путался в формулах, но горячее стремление Петра к знаниям компенсировало методические просчеты. За исключением князя Василия Голицына и погибшего Артамона Матвеева в России мало кто знал о форме Земли, а за беседы по астрономии человек мог быть сожжен на костре.

Инженерные интересы Петра давали ему возможность изобретать новые принципы вооружения и тактические новшества. К удивлению Гордона он в 1680 году открыл в Преображенском специальное "ракетное заведение", в котором он изготовлял сначала "художественные огни", а позже - осветительные снаряды, которые оставались в русской армии до 1874 года. Знание баллистики навело Петра на мысль о принципиально новом виде открытой артиллерийской позиции - редутах, блестяще опробованных в Полтавской битве. Нарвская катастрофа заставила царя критически взглянуть на вооружение солдат: и он находит простейшее решение для привинчивания трехгранного штыка к стволу ружья пехотинца, сделав атаку русской пехоты задолго до Суворова основным тактическим приемом. Прибывших из Голландии морских офицеров он сам экзаменовал в кораблевождении и управлении пушечным огнем. Наконец, он пробовал свои силы в лечении зубов, постоянно имея при себе набор необходимых инструментов. И горе тому, кто в его присутствии жаловался на боль: Петр немедленно усаживал больного и рвал зуб, иногда, впрочем, и здоровый.

Детская привычка копаться в старых вещах на чердаках в Преображенском сослужила Петру добрую службу. В предисловии к Морскому Уставу он позже записал историю его увлечения кораблями:"Случилось нам быть в Измайлове на льняном дворе и, гуляя по амбарам .увидел я судно иностранное, спросил у Франца Тиммермана, что это за судно? Он сказал, что это бот английский .И вышереченный Франц сыскал голландца Карштен Бранта, который призван при отце моем в компании морских людей для делания морских людей на Каспийском море, который починил оный бот и сделал машт и парусы и зело любо стало". Благодаря такой случайности царь стал приобщаться к корабельному мастерству, которое превратилось в главное дело всей жизни. Все модели морских судов из тех, что делались для выбора прототипа единственного построенного при Алексее Михайловиче многопарусного фрегата "Орел", перекочевали из пыльных кремлевских чуланов в Преображенское. Даже после посещения таких морских держав как Голландия, Англия и Дания Петр никогда не забывал "дедушку русского флота". Пышное чествование петровского ботика состоялось 11 августа 1723 года, когда ему салютовали 20 линейных кораблей Балтийского флота на Крондштадском рейде. Принимали первый в России военно-морской парад "капитан" ботика генерал-адмирал Федор Апраксин, "рулевой" император Петр I и "лотовый матрос" фельдмаршал Александр Меншиков.

Во время первого одиннадцатимесячного пребывания за границей в составе Великого посольства Петр сам работал на голландских кораблестроительных верфях сначала в Саардаме, а затем в Амстердаме; посещал занятия по медицине и даже, забравшись на крышу Вестминстерского аббатства, "учился демократии", слушая прения в английском парламенте. Выдающийся российский историк Ключевский считал, что Петр I в результате овладел 14 различными специальностями. Любопытное впечатление от встречи с молодым русским царем оставили принцессы Ганноверская и Бранденбургская:"У него прекрасные черты лица и благородная осанка. Он обладает большой живостью ума, ответы его быстры и верны. Но при всех достоинствах, которыми одарила его природа, желательно видеть в нем меньше грубости. Это государь очень хороший и вместе с тем очень дурной; в нравственном отношении он - полный представитель своей страны. Если бы он получил хорошее воспитание, то из него вышел бы человек совершенный, потому что у него много достоинств и необыкновенный ум."

Петр I, надев европейского покроя преображенский сюртук, всегда оставался насквозь русским самодержцем по мышлению. Узнав, что во время его пребывания за границей вновь восстали стрельцы, он срочно возвратился в Россию. 30 сентября 1698 года на Красной площади было казнено 200 стрельцов, причем в качестве палачей должны были выступать сановники из царской свиты. Лефорт смог увильнуть от этой милости, сославшись на религиозные убеждения. Меншиков, наоборот, хвастался тем, что лично отрубил головы двадцати бунтовщикам. Все сподвижники Петра оказались связанными страшной кровавой порукой.

Когда Петру I напоминали об этой бессмысленной жестокости в отношении людей, вина которых вряд ли могла быть доказана судебным порядком, он заявлял:"С другими европейскими народами можно достигать цели человеколюбивыми способами, а с русскими не так: если бы я не употреблял строгости, то бы давно уже не владел русским государством и никогда бы не сделал бы его таковым, каково оно теперь. Я имею дело не с людьми, а с животными, которых хочу переделать в людей". Грубость выражений, свойственная Петру, всегда связывалась с недостатками его воспитания. Но это ничего не объясняет. Властитель по династическому праву, Петр искренне считал себя ниспосланным России Божественным провидением, истиной в последней инстанции, не способным на ошибки. Меряя Россию на свой аршин, он чувствовал, что начинать преобразования необходимо с ломки старозаветных обычаев. Поэтому по возвращении из европейского вояжа Петр I категорически запретил боярам носить бороды, дворянам повелел пить водку и кофе, а солдатам приказал по "Воинскому Артикулу" курить. Не злой по натуре, он был порывист, впечатлителен и недоверчив; не умея терпеливо объяснить того, что для него было очевидным, Петр в случае непонимания легко впадал в состояние крайнего гнева и часто "вколачивал" истину сенаторам и генералам своими огромными кулаками или посохом. Правда, царь был очень отходчив, и через несколько минут уже хохотал над удачной шуткой провинившегося.

Петр был безразличен к нарядам и не любил официальных приемов, на которых должен был носить горностаевую мантию и символы царской власти. Его стихией были ассамблеи, где обращались запросто без титулов и званий, пили водку из банных ушатов, зачерпывая глиняными кружками, курили, играли в шахматы и танцевали. Даже собственных выездных экипажей в каретной царя не было: если требовалось организовать торжественный выезд августейшей четы, он заимствовал коляску у известных придворных щеголей - Меншикова или Ягужинского.

Петру до конца дней приходилось заниматься самообразованием, потому что новые задачи требовали от него вновь и вновь искать учителей вне России. После поражения под Нарвой, когда русская армия лишилась всей артиллерии, Петр не потерял пристутствия духа и сказал Меншикову:"Вот Карл XII - достойный учитель; без него я остался бы плохим работником в делах ратных". Была отлита специальная памятная медаль в честь "Нарвской конфузии" с девизом "Учителю - от достойного ученика".