沈学础发展了光学补偿双光束傅里叶变换红外光谱方法，发现了一定条件下某些固体存在声学局域模。发展了傅里叶变换光热电离谱方法，使硅中浅杂质检测灵敏度有数量级的提高。对超晶格、量子阱及其他低维结构、半磁半导体和非晶半导体、固体中杂质以及氨基酸、多肽、蛋白质分子等作了大量光谱研究，尤注重其中量子态跃迁、量子态杂化耦合等微观量子过程和量子互作用。他还在固态电子混沌、微腔激子激元、微腔单量子点等方面有一定的成果。

根据2021年4月中国科学院上海技术物理研究所网站显示，沈学础先后撰有多本学术著作，其中《半导体光学性质》《半导体光谱和光学性质》两书均获得国家科学著作图书奖及上海市科技进步成果奖。

根据2021年4月中国科学院上海技术物理研究所网站显示，沈学础先后三次获得国家自然科学奖和多次获中国科学院自然科学奖一等奖等。

沈学础培养学生的时候，一是放手让他们做，选好题目之后，由他们自己努力去实现。二是对他们的论文、学风抓得很紧，注重诚实和进取。特别要翻来覆去的要强调诚实，这个数据处理不要假造的，随便去掉一点加一点都是不允许的。三是尽量创造机会，联合培养，就是让他们到中国国外去待两年，或者短期的去三个月、半年。总结来说就是16个字，“脚踏实地，契而不舍”、“大道无术，大智无谋”。

根据2021年4月复旦大学先进材料实验室网站显示，沈学础已培养博士研究生30余名。

2008年，沈学础被评为中国科学院研究生院突出贡献导师。

沈学础在红外凝聚态物理，尤其在红外半导体和光谱领域作出了杰出贡献。（巴顿奖评）

沈学础是中国红外物理实验研究的主要开拓者之一。他对祖国无限热爱，对教育事业倾情奉献，对青年教师和学子们真切关爱，对科学事业不懈追求，让老师和同学们钦佩。（淮阴师范学院物理与电子电气工程学院评）

2006年11月18日，在江苏省溧阳中学60周年校庆仪式上，沈学础捐款10万元，设立奖学金以激励后生。