Позже (в сочинении «150 глав»), Григорий Палама демонстрировал знакомство с естественнонаучными сочинениями Аристотеля, ссылался на его «Метафизику», упоминал о теореме Евклида. В то же время изучение сочинений Платона не входило в общеобразовательную программу, а поскольку Григорий Палама не продолжил обучения (против воли Андроника II, который готовил ему светскую карьеру), то, вероятно, на тот момент не был знаком с ними. О духовной жизни Григория Паламы в период обучения исследователям известно немногое. Согласно Филофею, он общался с приезжавшими в Константинополь афонскими монахами, по совету которых «изменил свои прежние привычки», отказавшись от аристократического образа жизни и ревностно предавшись «воздержанию, посту и бодрствованию». Однако утверждение биографа о том, что в то время учителем и наставником Григория Паламы был митрополит Филадельфийский Феолипт, исследователи считают, скорее всего, анахронизмом. Филофей указывает и на то, что Григорий Палама принял решение о постриге и отбытии на Афон, «уже выйдя из юношеского возраста» (т.е. после 18 лет). Протопресвитер Иоанн Мейендорф (1926–1992 гг.) принимает уточнение автора Синаксаря во вторую Неделю Великого поста, согласно которому Григорию Паламе тогда было «примерно 20 лет», следовательно, он окончательно решил покинуть мир около 1316 г. Чтобы разрешить трудности с наследством, он, как наследник всего имущества, побуждает членов семьи, а также «умных рабов своих» отречься от мира, в результате чего его мать Кали (в монашестве Каллони), сёстры Епихарида и Феодотия, а также некоторые рабы поступают в константинопольские монастыри. Сам Григорий Палама, несмотря на попытки Андроника II его удержать, с двумя младшими братьями Макарием и Феодосием отправляется на Афон. По пути им пришлось остановиться на несколько месяцев на горе Папикион, вблизи которой «издавна, во многих поколениях» жили богомилы. Согласно рассказу Филофея, Григорий Палама вступил с ними в спор о молитве и едва не был отравлен. Прибыв на Афон, он поступил под начало преподобного Никодима Ватопедского, чья келья была недалеко от Ватопедского монастыря. Григорий Палама провёл под руководством Никодима «в посте, бдении и в непрестанной молитве» два с лишним года и принял от него монашеский постриг. В это время умер его младший брат Феодосий. После смерти Никодима (около 1319 г.; Р. Синкевич утверждает, что Григорию Паламе было примерно 18 лет, когда он покинул Константинополь, и соответственно датирует смерть Никодима 1316 г.) Григорий Палама переселился в Лавру св. Афанасия, где игумен назначил его певчим. В Лавре он оставался три года. Позднее, решив стать отшельником-исихастом, он удалился в скит Глоссию к старцу Григорию Дрими, «великого и знаменитого в то время подвижника» (исследователи полагают, что под этим именем тогда жил на Афоне Григорий Синаит, что было опровергнуто ещё протоиереем Д. Стэнилоае). Спустя два года (т.е. около 1325 г.), спасаясь от очередного турецкого набега, Григорий Палама вместе с 11 монахами прибыл в Фессалонику, откуда они должны были отправиться в Иерусалим, но явление великомученика Димитрия («покровителя великой Фессалоники») удержало его в городе.