Большое количество сцен сказки подверглись всестороннему анализу исследователями из различных отраслей знаний. При падении сквозь кроличью нору Алиса задаётся вопросом, пролетит ли она Землю насквозь. В сказке главная героиня представляет, как появляется где-нибудь в Новой Зеландии или Австралии, однако впоследствии падает в кучу валежника. Для Кэрролла это была актуальная тема. В действительности же тело будет падать с возрастающей скоростью, но с убывающим ускорением, пока не достигнет центра Земли, где ускорение равно нулю. После этого скорость его станет уменьшаться, а замедление — увеличиваться, до тех пор пока оно не достигнет противоположного конца туннеля. Сама идея приключений под землёй, возможно, является отголоском аналогичного эпизода в сказочном романе Джорджа Макдоналда «Фантазия». Пока Алиса падает сквозь нору, она вопрошает вслух: «Едят ли кошки мошек? Едят ли мошки кошек?», а впоследствии думает, что ей всё равно. Некий Эликзэндер утверждает, что в данном контексте Алиса играет с логическим позитивизмом. Она отвергает вопросы, которые считаются бессмысленными, поскольку на них нельзя дать эмпирически обоснованный ответ.

Алиса также пытается вспомнить, не забыла ли она таблицу умножения: «Значит так: четырежды пять — двенадцать, четырежды шесть — тринадцать, четырежды семь… Так я до двадцати никогда не дойду!» Так как английская таблица умножения традиционно заканчивается на 12, то если принять эти цифры за аксиому и развивать прогрессию: 4 × 5 = 12, 4 × 6 = 13, 4 × 7 = 14, она окончится 4 × 12 = 19. То есть до 20 не хватит единицы.
А. Л. Тейлор развивает другую теорию. Для системы счисления, использующей как основание 18, 4 × 5 действительно равняется 12. В системе счисления с основанием 21 справедливо равенство 4 × 6 = 13. Если продолжить эту прогрессию, каждый раз увеличивая основание на 3, то произведения будут увеличиваться на единицу, пока не дойдёт до 20. Именно тогда метод откажет: 4 × 13 равняется не 20 (для системы чисел с основанием 42), а «1», за которой будет следовать символ, играющий роль «10».
Абсурдная прогрессия получилась у Алисы из-за того, что она перепутала похожие по звучанию английские слова twenty («двадцать») и twelve («двенадцать»); то, что ошибка связана именно со словами, существенно в контексте всего эпизода «неудачных» воспоминаний. Алиса не может вспомнить своё имя, таблицу умножения, названия европейских государств и стихотворение английского теолога Исаака Уоттса «Противу Праздности и Шалостей».

Во второй главе Алиса то уменьшалась, то увеличивалась под воздействием различных предметов и веществ и боялась совсем исчезнуть. Космологи считают подобные сцены отличной иллюстрацией аспектов теорий, рассматривающих расширение Вселенной. Гарднер сравнивает эти эпизоды с исследованиями Эдмунда Уиттекера, описывающие уменьшающуюся Вселенную, суть которой состоит в том, что общее количество материи неизменно уменьшается, и в конце концов Вселенная превратится в ничто.

Само море слёз, в которое попала главная героиня, по мнению У. Эмпсона, содержит в себе скрытую сатиру на теорию эволюции, где оно является аналогом праокеана, в котором зарождалась жизнь, а бег по кругу, в котором каждый выигрывает, — теории естественного отбора. В оригинале сам термин назывался «Caucus-Race», что в переводе означает «Гонка партийных собраний». Понятие возникло в США, где обозначало собрание лидеров фракции по вопросу о кандидате или политической линии. Гарднер предполагает, что писатель употребил этот термин символически, имея в виду, что члены комитетов партий обычно заняты бессмысленной беготнёй, которая ни к чему не ведёт. Иные исследователи сравнивали эпизод из главы с фрагментами книги историка и проповедника Чарльза Кингсли «Дети воды» и «Истории малиновок» Сары Триммер.

Комментарий Болванщика о длинных волосах Алисы, которые не мешало бы подстричь, возможно, относится к самому Кэрроллу, чьи волосы были длиннее, чем требовала мода того времени.
В сцене чаепития Болванщик задаёт Алисе загадку: «Чем ворон похож на конторку [письменный стол]?». Кэрролл признавался, что ответа к этой загадке не существует: он придумал её, не задумываясь об отгадке. Однако поток вопросов от читателей был столь силён, что в переиздании 1896 года пришлось добавить разгадку: «Потому что они оба могут издавать звуки из нескольких нот, особенно если переставить норов с конца на перёд!». В оригинале, плоские ноты — отсылка к выражению «to sing flat» — петь фальшиво. Вторая часть фразы содержит непереводимую игру слов, буквально: «и они никогда не ставят неправильный конец в начало»; слово «nevar» (рус. никогда) написано с ошибкой. Если его прочесть задом наперёд, превращается в «raven» (рус. ворон).

В переизданиях, появлявшихся незадолго до смерти автора, редактор посчитал написание ошибкой, и слово с данной орфографией было изменено. В данной главе Болванщик замечает, что его часы отстают на два дня. Если предположить, что действие сказки разворачивается 4 мая 1862 года, то есть в день рождения Алисы Лидделл, то, по мнению Тейлора, разница между лунными и солнечными месяцами должна составлять два дня. По его мнению, это позволяет сделать обоснованную гипотезу, что часы Болванщика показывают лунное время. Если Страна чудес находится где-то недалеко от центра Земли, пишет Тейлор, положение Солнца безразлично для определения времени, однако фазы Луны останутся неизменными. В пользу данного предположения говорит и связь между словами «лунный», «лунатик», «безумный». Герой также говорит, что время всегда стоит на отметке в 6 часов. Именно в этот час в семье Лидделлов было принято пить чай. Артур Эддингтон и некоторые другие физики, занимавшиеся теорией относительности, сравнивали Безумное чаепитие, где стрелки часов всегда стоят на шести, с той частью модели космоса Де Ситтера, в которой течение времени остановилось.