В 1878 году, когда цесаревичу исполнилось 10 лет, для него пригласили преподавателя английского языка Карла Иосифовича Хиса. Англичанин оказался превосходным педагогом: будущий император овладел английским в совершенстве. Позже в Англии в Оксфорде даже университетские профессора не признали в нем иностранца.
Мистер Хис, обратив внимание на то, что никто не занимается физическим развитием его ученика, взял эту обязанность на себя. Он начал закаливать цесаревича – по утрам тот стал обливаться холодной водой, учитель привил ему любовь к спорту. Когда в марте 1881 года, после гибели Александра II, Царская семья переехала жить в Гатчинский дворец, где для старших сыновей нового императора подготовили классную комнату, то рядом с ней по просьбе мистера Хиса оборудовали специальное помещение для занятий спортом, установив там турник и брусья. Учитель систематически занимался спортом с цесаревичем и его младшим братом Георгием Александровичем.
В результате, как вспоминали близкие к императорскому двору люди, цесаревич вырос физически закаленным и чрезвычайно спортивным человеком. Он не боялся сквозняков и холода, практически никогда не простужался, был выносливым и сильным. Занимался многими видами спорта – верховой ездой, плаванием, гимнастикой, фехтованием, прекрасно стрелял, отлично играл в теннис и др.
Планированием воспитания сына занимался отец – император Александр III, который считал, что его дети должны быть в первую очередь нормальными здоровыми людьми. Известны слова императора, которые отражают его взгляды на воспитание своих детей: «Они должны хорошо молиться Богу, учиться, играть, шалить в меру. Учите хорошенько, спуску не давайте, спрашивайте по всей строгости законов, не поощряйте лени в особенности. […] Повторяю, что мне фарфора не нужно. Мне нужны нормальные русские дети. Подерутся – пожалуйста. Но доносчику – первый кнут».
Царская семья была многодетной, венценосные родители воспитывали трех сыновей и двух дочерей, еще один их сын (второй ребенок в семье – Александр Александрович) скончался в младенчестве от менингита. С детства цесаревич Николай Александрович был очень дружен со своими братьями и сестрами, и эта привязанность сохранилась на всю жизнь. Особенную же любовь цесаревич всегда питал к своей матери императрице Марии Федоровне, сын с матерью были по-настоящему близки. Уже взойдя на престол, он постоянно переписывался с матерью и старался каждый свой день рождения проводить с ней, считая этот день праздником благодарности той, которая дала ему жизнь.
Главной основой формирования личности цесаревича стала православная вера. С детства нравственные ориентиры Николая Александровича строились на христианских ценностях. Так воспитывали его Августейшие родители.
Светским манерам, умению вести себя в обществе, учтивости сына научила мать, она же контролировала процесс его обучения. В восемь лет будущий царь сел за парту. Обучение было домашним. Начал он учиться по обычному гимназическому курсу, который дополняли разнообразные предметы – ботаника, анатомия, зоология, физиология, минералогия, вольтижировка, фехтование, рисование, музыка и др.
Учебная программа для будущего царя была рассчитана на восемь лет общеобразовательного курса и пять лет курса академического. Последний включал в себя политическую экономию, право и военное дело (военное правоведение, стратегию, военную географию, службу Генерального штаба).
Оценки будущему царю преподаватели не ставили, это запрещалось. Самыми любимыми для него предметами в курсе высших наук стали правоведение, география и стратегия. Всего в неделю проходило до тридцати уроков. Учителями наследника были известные в России люди: историк В.О. Ключевский, химик Н.Н. Бекетов, экономист Н.Х. Бунге, профессор фортификации и композитор Ц.А. Кюи, юрист К.П. Победоносцев, известный богослов, писатель и проповедник И.Л. Янышев, лучший в стране специалист по международному праву М.Н. Капустин и др. Преподавателями у наследника стали самые известные в стране ученые по военным дисциплинам, естественным наукам, государственному, гражданскому и уголовному праву, политической экономике.
Все преподаватели отмечали блестящие способности цесаревича, а также его прекрасное воспитание, усидчивость и аккуратность. Николай Александрович обладал феноменальной памятью, прочитанное или услышанное он запоминал навсегда. Был наблюдателен, обладал логическим мышлением. Встретившись один раз с человеком, он позже всегда помнил его имя, должность и другую личную информацию. Эта способность сохранилась у него на всю жизнь: приближенные поражались, как император мог помнить сотни людей, с которыми ему приходилось сталкиваться.