沈同父亲是一位循循善诱的好老师。受父亲熏陶，沈同从小就尊敬师长，喜爱读书，常以父亲为榜样。父亲的藏书，使他得以博览群书，探其精奥，文化底蕴深厚。他以优异成绩毕业于吴江中学、苏州中学、清华大学，并留学美国康奈尔大学，获博士学位，从而学贯中西，具有广博的知识。他在康奈尔大学的学习期间，感受到西方教学许多成功的经验，随即将之融入回国后的教学工作中。例如，康奈尔大学的普通病理学课程以实验为主，每次上课学生得到五、六张病理组织切片的玻片，只有数字标号，没有任何文字说明。学生首先须辨认是什么器官、组织，然后再观察病理情况，下课前教授作理论上的解说。因此，学生学习主动，既感兴趣，也学得踏实。动物生理学课每次上课学生要笔答老师的提问，并公布笔答成绩。这种督促学生学习的方法效果很好，习惯了也就不感到有任何负担。沈同在几十年的教学实践中也都参考了以上这些教学方法。
从1940年参加西南联大教学开始，沈同为教学辛勤工作了半个多世纪。他认为“大学教师的责任重！培养人才，要有知识，有科学技术，更要有实现现代化的理想。”他把教学看成是教师的责任，也是乐事。“教学的乐趣，在于让学生超越自己，这是逻辑的必然，课堂艺术的成效”。他重视教书育人，从不呵斥学生，主张正面引导，对学生总是和蔼可亲，平等讨论问题。课余常有学生到沈同家咨询和讨教，他都热情招待，师生促膝谈心，热烈讨论，学生们都深受他人格魅力的影响和鼓舞。
沈同讲课少而精，富启发性，引导学生主动学习。他常在课堂提出一些问题，用较短时间让学生笔答，回家后仔细看学生的答卷，以此来熟悉每位学生的答题思路，表达方法，甚至写字的特点，因此在和个别同学闲谈时都能够给予具体的指导。课堂讲授前往往先在黑板上写出要点和参考书本的某几页，有时还将重点内容印发给大家。讲课扼要，不细讲，只讲重点和难点，启发同学自学。他常讲：“教师不要照本宣读，重要的是启发同学自学，促进同学自学，养成他们自学的习惯”。在指导本科生和研究生做科研时十分注意学生的特点，对有些学生督促其多动手做实验，对有些学生启发其多思考。常去实验室看学生做实验，每周约定时间和学生一起讨论，常能帮助学生抓住实验中忽略的问题。有一次，一位学生进行生化测定，得出一堆杂七杂八的数据，该学生失去了信心，想重新再做，沈同严肃的说：“科学就是要从杂乱无章的现象中找出规律”，并帮助学生用一个多星期时间整理数据，终于找出一些有规律的结果。
沈同学识渊博，治学严谨，富有开创性，能够抓住学科发展的重点和交叉学科的相互关系进行科研。跟随他学习的学生都认为自己幸运，终身受益匪浅。他对待学生像对子女一样无微不至的关怀，每次学生向他提问题，总是详细答复，不嫌其烦，甚至帮助找来大批资料和参考文献。八十高龄，仍为研究生开设《生物化学的发展与展望》、《生物化学进化论》两门课，还每天去实验室看看老师和学生们的实验工作。就在临终病危住院期间，仍一再问及每个学生的学习与论文工作进展情况，对许多实验细节和具体事都一一细致安排，他的学生无不为之感动流泪。他的道德和才学深为学生所敬佩，成为学生的学习榜样。在他“言传身教”的精心培养下，他的学生遍布国内外，许多已成为著名单位的学科带头人。
在西南联大和清华大学，沈同培养了一批生理生化人才。院系调整后，他在北京大学与同仁一起创立了生物化学专门化。其后创立了我国综合大学第一个生物化学专业，并成为国家第一批认定的生物化学硕士点和博士点。沈同是我国早期从事生物化学教学和科学研究的教育家和科学家，不愧为一代师表。他曾先后到广州中山大学、甘肃兰州大学、安徽合肥讲学，多次为我国生物化学人才的培养拟定规划，制订生物化学专业教学计划。沈同主持编写了高等学校教材《生物化学》，第一版于1987年获教委高校优秀教材一等奖，第二版于1997年获教育部科技进步（教材）二等奖，生物化学界师生反映该书影响了整整一代人。
沈同对教育工作深有研究，有许多精辟的见解。他对少而精讲学、启发学生主动学习和教学相长等问题都有深刻的分析，有关文章登在报刊杂志上。他常强调：“作为教师，作为追求真理者，要跟学生一起学”。他为生物化学人才培养做出了卓越的贡献，为我国教育事业贡献出了毕生精力。
