盖茨在阅读《大众电子学》文章时的摇晃动作是他全神贯注思考的标志，他从小就有这个习惯。盖茨的父亲是一位小有成就、性格温和的律师，他回忆说：“盖茨还是婴儿的时候就喜欢在摇篮里自己前后摇晃。”他最喜欢的玩具是一个带弹簧的摇马。5
盖茨的母亲出生于西雅图显赫的银行世家，是一位备受尊敬的社区领袖，她是个坚持己见的人，但很快就发现儿子比她更执拗。她叫盖茨从位于地下室的卧室（她已经不再勉强他打扫房间了）出来吃饭时，盖茨常常不理睬她。有一次她问：“你到底在干什么？”
盖茨冲她喊道：“我在思考。”
“你在思考？”
他回答说：“是的，妈妈，我在思考。你没有尝试过思考吗？”
于是她带盖茨去看了心理医生，这位医生让盖茨对弗洛伊德产生了兴趣，他如饥似渴地读了许多关于弗洛伊德的书，但他桀骜不驯的态度却丝毫没有变化。经过一年的心理咨询，这位医生对盖茨的母亲说：“你认输吧。你最好调整自己的心态，因为根本不能指望让他听你的话。”盖茨的父亲说：“她开始接受这个现实，承认跟盖茨较劲是白费功夫。”6
不过，盖茨虽然偶尔有些叛逆，但他却很喜欢自己这个充满爱意的亲密家庭。他父母和两个姐妹都爱在餐桌上热火朝天地聊天，喜欢室内游戏、猜谜和玩牌。由于盖茨的大名叫威廉·盖茨三世（William Gates Ⅲ），于是他爱打桥牌的祖母（还是篮球明星）便管他叫“特雷”（Trey，数字3的桥牌术语），这个名字成为他儿时的绰号。在暑期的大部分时间和一些周末，盖茨一家会和亲朋好友一起到西雅图附近胡德运河边的一些木屋里小住，孩子们会参加“告别奥运会”，这个“告别奥运会”有正式的开幕式，会举行火炬游行，随后进行二人三足赛跑、投掷鸡蛋和类似的比赛。他父亲回忆说：“比赛是相当严肃的。大家都很重视胜负。”7 盖茨11岁时就是在这里谈成了他人生第一项正式合同；他与一个姐妹制定并签署了一份协议，要求以5美元的代价获得使用她棒球手套的非专属但无限制权利。其中有一条规定是：“如果特雷想要棒球手套，就要把棒球手套给他。”8
盖茨往往对团体性运动敬而远之，但却热衷网球和滑水运动。他还努力锻炼过一些有趣的把戏，比如从垃圾桶里跳出来，而不碰到桶边。他父亲是鹰级童军（一生都在践行童军准则中规定的12种美德），小比尔也积极参加童军活动，他是“生命级”童军，但还差三个徽章才能升为“鹰级”。他曾在一次童军集会上给大家演示怎样使用计算机，但当时童军还不能凭计算机能力获得徽章。9
尽管盖茨参加了这么多有益身心的活动，但他超高的智商、大大的眼镜、细瘦的身材、尖细的嗓音和学究做派（衬衫扣子常常扣到脖子）还是让他显得呆气十足。他的一位老师说：“在‘nerd’（书呆子）这个词还没发明的时候，他就是个‘nerd’了。”他对学业的专注是出了名的。四年级的时候，科学课老师布置了一篇论文，要求写5页纸，结果他交了30页。也就是在那一年，当学校要求他选择未来职业时，他勾选了“科学家”一项。此外，盖茨还赢得过一次在西雅图太空针塔塔顶吃大餐的奖励，因为他在家庭牧师举办的比赛中熟记并完美地背诵出《山上宝训》（the Sermon on the Mount ）。10
1967年秋季，盖茨刚满12岁，但看上去仍像个9岁左右的孩子，他的父母意识到，还是让他上一所私立学校比较好。他父亲说：“盖茨要上初中的时候，我们开始担心他，他长得又小又害羞，需要有更多保护，他的兴趣也和一般的六年级学生很不一样。”11 他们选择了湖滨中学，这所学校的校园里满是老式砖石建筑，看起来就像新英格兰的预科学校一样，主要面向西雅图商业和专业精英家庭的孩子。当时湖滨中学只招收男生，但很快也开始招收女生了。
进入湖滨中学几个月之后，学校科学和数学楼底层一个小房间里新安装的计算机终端便彻底改变了盖茨的生活。这其实并不是一台真正的计算机，而是一台通过电话线与通用电气马克二号分时计算机系统相连接的电传打字机终端。湖滨中学母亲俱乐部通过义卖筹集到3 000美元，她们以每分钟4.80美元的价格购买了该系统一段时长的使用权。后来的事实证明，她们太低估这个新玩意的热门程度和烧钱程度了。当盖茨的七年级数学老师给他演示这台计算机后，盖茨立马就迷上了。这位老师回忆说：“第一天我比他懂得多，但也就仅限于第一天。”12
盖茨开始和一帮同为铁杆计算机迷的朋友一起去计算机房，他们天天去，一有机会就去。盖茨还记得：“当时我们一头扎进了自己的世界。”这台计算机终端对他来说就像小爱因斯坦的玩具指南针一样：这个充满魔力的东西激起了他最深、最强烈的好奇心。盖茨后来搜肠刮肚地想找合适的说法来解释他热爱计算机的哪方面，他说，他喜欢计算机的严密逻辑中蕴含的简洁之美，这种美恰好与他在自己思维中培育出的审美相契合。他说：“在使用计算机时，你是不能含糊其辞的，而只能使用精确的语句。”13
这台计算机使用的语言叫BASIC（Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code，“初学者通用符号指令代码”），这是一种几年前由达特茅斯学院开发的语言，旨在让不具备工程专业知识的人也能写出程序。湖滨中学没有老师懂BASIC，但盖茨和他的朋友们啃下42页的使用手册后便无师自通了。他们很快开始自学Fortran和COBOL等更复杂的语言，但BASIC仍是盖茨的最爱。盖茨在中学时代就编写出了能玩井字棋和转换底数的程序。
保罗·艾伦比盖茨高两个年级，身体发育得远比盖茨成熟（他甚至能留鬓角），两人是在湖滨中学的计算机房里结识的。高大、合群的艾伦并不是那种典型的书呆子。一见到盖茨，艾伦立马就对他产生了兴趣，而且被他吸引住了。艾伦回忆说：“我看到一个瘦瘦长长、满脸雀斑的八年级学生摆动四肢，紧张兮兮地挤进围在电传打字机旁边的人群，他的金色头发掉得到处都是。”从此，这两个男孩成了好朋友，他们经常在计算机房里待到很晚。艾伦说：“盖茨非常争强好胜，他想让你看到他有多聪明。而且他非常非常执着。”14
艾伦出生在一个比较普通的家庭（他父亲是华盛顿大学的图书馆馆员），有一次，他到盖茨家玩的时候不由心生敬畏。他说：“他父母订了《财富》杂志，比尔会虔诚地阅读这份杂志。”当盖茨问他对经营一家大公司有什么看法时，艾伦说，他完全没有头绪。盖茨宣称：“有一天我们也许会有自己的公司。”15
两人之间的一大差别是注意力集中方式不同。艾伦的思维会在许多想法和爱好之间不断变换，而盖茨则一次只专注于一件事。艾伦说：“我对眼前的所有东西都感到好奇，都想研究研究，但比尔一次只全身心地投入一项任务。看看他编程时的样子你就知道了——他坐在那儿，嘴里叼着一支记号笔，双脚踢踏地面，前后摇摆身体，完全不受外界干扰。”16
从表面上看，盖茨是个书呆子加捣蛋鬼。他咄咄逼人，即使对老师也不例外，他生气时会大发脾气。他是个天才，也知道自己是天才，还喜欢炫耀。无论是对同班同学还是对老师，他都会不客气地说“这很愚蠢”，甚至把侮辱升级为“这是我听过的最蠢的事”或“彻底的脑残”。有一次，他曾嘲笑班里一个同学算东西太慢，结果盖茨前排一个在班上很有威信的孩子转过身来，抓住他紧扣的衣领，威胁说要揍他。老师不得不出面干预。
但在了解他的人眼中，盖茨却不仅仅是“呆”和捣蛋。盖茨是个专注、才思敏捷的人，而且富有幽默感，爱探险，喜欢挑战体能极限，还喜欢组织活动。16岁的时候，盖茨得到了一辆新的红色野马汽车（在40多年后的今天，他还在别墅的车库里保留着这辆汽车），他会和朋友一起出去飙车。他还会把朋友带到他家位于胡德运河边的私人领地上玩，他会跟在一艘快艇后面，沿着长达1 000英尺的水道玩风筝滑水。他曾在一次学生表演中背诵詹姆斯·瑟伯（James Thurber）的经典短篇《床塌下来的那个夜晚》（The Night the Bed Fell ），他还登台表演过彼得·谢弗（Peter Shaffor）的作品《黑色喜剧》（Black Comedy ）。大约就在这个时期，他开始一本正经地告诉别人他会在自己30岁之前赚到100万美元。事实证明他严重低估了自己；到30岁时，他的身价会达到3.5亿美元。