幼少期のアレックは兄弟たちと同様、自宅で父から教育を受けた。それ以外に早くからエディンバラの Royal High School に入学したが、最初の4学年まで修了した15歳のときに退学している[20]。学校での記録によれば、欠席常習者で成績も平凡だった。彼が興味を持っていたのは科学、特に生物学だったが、ほかの教科にはまったく無関心だった[21]。退学後、アレックはロンドンへ行き祖父のもとに身を寄せた。祖父と過ごす間に向学心が湧き上がり、真剣な議論や学習に時間を費やすようになる。祖父はベルを教師にするために必要な信念と明瞭な話法を教え込んだ[22]。16歳のとき、スコットランドマレーのエルギンにあるウェストンハウス学院で弁論術と音楽の教師の職を得た。同時に学生としてラテン語とギリシャ語を学びつつ教師も務め、1回の授業あたり10ポンドの給料を得ていた[23]。翌年、兄メルヴィルが前年に入学したエディンバラ大学に入学。カナダに移住する直前の1868年、ロンドン大学の入学試験に合格している[24]。
音声についての初実験

1863年、父はアレックの科学への関心を育てるため、ヴォルフガング・フォン・ケンペレンの業績に基づいてチャールズ・ホイートストンが開発したオートマタを見せに連れ出した[25]。このオートマタは人間の声を真似てしゃべる機械だった。ベルはこの機械に魅了され、ケンペレンのドイツ語の著作を手に入れて苦労して翻訳し、兄メルヴィルとともにオートマタの頭部を作りはじめた。父はそれらに大いに関心を寄せ、2人に資金提供を約束し、成功したら大きな褒美をやろうと言って発破をかけた[25]。兄がオートマタの喉と喉頭を作り、アレックはより困難な本物そっくりの頭蓋骨の製作に取り組んだ。努力の結果、人間そっくりの「しゃべる」頭部が完成した（ただし、しゃべることができるのはほんの数語である）[25]。唇の動きを微妙に調整し、鞴で空気を気管に送り込むと、はっきりと「ママ (Mama)」と発音し、その発明を見に来た近所の人々を驚かせた[26]。

その結果に好奇心をそそられたアレックは、一家の飼っていたスカイ・テリア Trouve を使った動物実験を行った[27]。彼はその犬に継続的に吠え方、唇の使い方などを教えこみ、犬は Ow ah oo ga ma ma としゃべる（うなる）ようになった。訪問者は犬が How are you grandma?（おばあさん、ごきげんいかが？）としゃべったことを信じられなかった。多くはアレックのいたずら好きの性質を知っていたが、ベルは彼らが「しゃべる犬」を目にしていることを納得させた[28]。この音声に関する最初の実験から、アレックは音叉を使っての共鳴など音響伝達について真剣に研究するようになる。

19歳のとき、それまでの研究成果を論文にまとめ、父の同僚だった言語学者アレクサンダー・ジョン・エリスに送った（エリスは、のちに『ピグマリオン』のヒギンズ博士のモデルとなった）[28]。エリスはすぐに、同様の実験はすでにドイツで行われているという返事を出し、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツの著作 The Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music をアレックに貸している[29]。

ヘルムホルツがすでに音叉を工夫することで母音を生成するという研究をしていたことを知って狼狽したアレックは、そのドイツ人科学者の著作を熟読した。そこで彼はドイツ語の理解不足からある誤解をし、その誤解がその後の音声信号伝送の業績の土台となった。当時を振り返ってベルは「その主題についてよく知らない私は、母音を電気的手段で生成できるなら子音も生成できるだろうし、文をしゃべらせることもできると推測した」と述べ、「私はヘルムホルツがそこまで実施したのだと思った…そしてそれは私が電気について無知だったための失敗だった。それは貴重な失敗だった…もし当時の私がドイツ語を読めたなら、私は決して実験を始めなかったかもしれない」と述べている[30][31][32]。
家族の悲劇

1865年、ベル一家はロンドンに引っ越したが[33]、アレック本人はウェストンハウス学院に助手として戻り、空いた時間で最小限の実験器具を使って音響についての実験を続けた。