Là một học sinh giỏi, có thiên tư về Toán, song sau khi tốt nghiệp tú tài 91933), thầy theo ngành Luật (vì lúc đó các ngành khoa học tự nhiên chưa mở), nhưng ngành này phù hợp với sở trường và thầy cũng không muốn dấn thân vào chốn quan trường, thầy bỏ học đi dạy tư để kiếm sống và chờ thời.

Khi trường Đại học Đông Dương bắt đầu mở các ngành khoa học tự nhiên (1941). Thầy trở thành sinh viên khoá đầu. Tốt nghiệp cử nhân khoa học vào giữa lúc cuộc Cách mạng tháng Tám thành công, thầy đã chọn ngành Hoá để phục vụ nên đã vào làm việc tại Sở khoáng chất Đông Dương mới tiếp quản từ tay Nhật. Từ đó cuộc đời thầy gắn chặt với ngành Hoá học của Việt Nam cho tới nay.

19/12/1946 cuộc kháng chiến toàn quốc bùng nổ, cùng với nhiều trí thức yêu nước khác thầy đã hăng hái theo kháng chiến, rời Hà Nội lên Việt Bắc không hề do dự đắn đo.

Ở chiến khu Việt Bắc, thầy đã tham gia nhiều công tác khác nhau như dạy học ở trường Trung học kháng chiến Việt Bắc, Trưởng ban học vụ Bộ Giáo dục.

Năm 1951 thầy được chuyển làm cán bộ giảng dạy cho trường Khoa học cơ bản và trường Sư phạm cao cấp Trung ương.

Những ngày đầu nhận nhiệm vụ giảng dạy Hoá học ở một trường đại học, trong tay không có một chương trình, một giáo trình nào ngoài mấy quyển sách giáo khoa bằng tiếng Pháp, tiếng Anh mà thầy tự tìm kiếm sách hay ở thư viện Trung Quốc. Thầy đã kiên trì góp nhặt rồi chọn lọc từng vấn đề để tự nghiền ngẫm, học hỏi nâng cao để xây dựng chương trình và biên soạn giáo trình phục vụ cho việc đào tạo cán bộ khoa học cho đất nước. Với ý thức dân tộc, thầy dã đưa những vấn đề hiện đại của ngành Hoá kết hợp với những vấn đề mà thực tế Việt Nam cần có vào chương trình và giáo trình giảng dạy.

Năm 1955 trở lại trường đại học xưa, giữa thủ đô Hà Nội giải phóng, với tư cách là một giảng viên, thầy lại tiếp tục cùng đồng nghiệp xây dựng ngành Hoá học Việt Nam và riêng thầy lại bước vào tìm phương hướng và nội dung đào tạo những cán bộ chuyên môn về Hoá phân tích.

Thầy đã dành chọn thời gian khảo sát ở Liên Xô (1956) để tìm kiếm, học tập cách đào tạo cán bộ khoa học của trường ĐHTH Lômônôxôp (Matxcơva).

Trong đào tạo cán bộ khoa học, thầy rất chú trọng truyền thụ cho học trò của mình phương pháp tư duy các vấn đề khoa học, cách nắm bắt các quy luật chính vì vậy mà trong thời gian lãnh đạo khoa Hoá, thầy luôn luôn suy nghĩ đổi mới chương trình giảng dạy, đưa việc giảng dạy cơ sở lý thuyết của Hoá học lên dạy ở năm đầu, mục đích để học sinh nắm vững được các quy luật về Hoá học, từ đó vận dụng vào học các môn cụ thể như Vô cơ, Hữu cơ, Phân tích, Kỹ thuật.

Năm 1962 trường ĐHTH Hà Nội mở năm thứ tư. Chương trình dạy cho năm thứ tư là các môn chuyên đề hẹp, sâu thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau, như bộ môn đã có ai ngoài thầy, thế là thầy lại một mình vừa xây dựng chương trình vừa dạy cả 4 chuyên đề chính.

Dưới sự dẫn dắt của thầy, bộ môn Hoá phân tích trường ĐHTH Hà Nội ngày càng lớn lên cả về số lượng và chất lượng: đến nay đã trở thành một bộ môn vững mạnh, có đầy đủ các chuyên đề hiện đại, đội ngũ cán bộ giảng dạy và nghiên cứu đồng bộ gồm 16 người với 7 chuyên ngành hẹp, hầu hết đều là tiến sĩ và phó tiến sĩ, tất cả đều do thầy đào tạo nên. “Đất lành chim đậu”, câu tục ngữ này đúng hoàn toàn với tập thể bộ môn Phân tích, bởi lẽ những ai về công tác tại bộ môn đều quyến luyến, đoàn kết xung quanh thầy Cát, cho nên dù họ đi công tác hay học tập ở đâu nhưng cuối cùng họ lại mong muốn trở về bộ môn công tác bởi lẽ họ biết rằng ở đó có thầy Cát của họ, một người thầy đức độ, nêu gương sáng cho họ trong việc làm, thương yêu, nâng đỡ họ, đưa họ bước lên những bước cao trong khoa học, họ đều biết rằng ngày nay họ làm được một điều gì đó là công lao chỉ bảo của thầy, họ học được phương pháp làm việc và tinh thần tự lực và cách tư duy khoa học của thầy.

 Việc chăm lo cho sự phát triển môn Phân tích của thầy không chỉ dành riêng và bó hẹp ở bộ môn Hoá phân tích trường ĐHTH Hà Nội mà nó đào tạo đội ngũ cán bộ Phân tích cho đất nước.

Hiện nay thầy là Chủ tịch Hội khoa học kỹ thuật phân tích Hoá, Lý và Sinh học Việt Nam.

Trong nghiên cứu khoa học của mình, thầy luôn hướng tự lực, phục vụ thiết thực cho sự nghiệp phát triển khoa học và kinh tế của đất nước, mỗi đề tài nghiên cứu thầy đều cố gắng tìm cho được cách giải quyết đơn giản nhất, nhưng lại có hiệu quả nhất. Khi nghiên cứu giải các bài toán cân bằng trong dung dịch, thầy đã đề ra phương pháp viết phương trình từ sản phẩm ở trạng thái cân bằng và bài toán giải trở thành đơn giản, ngắn gọn và rất tổng quát. Cách giải này đã được các nhà phân tích của Pháp, Hà Lan, Liên Xô công nhận. Thầy là người đầu tiên nghiên cứu và dẫn dắt những học trò của mình khai phá về Hoá học các nguyên tố đất hiếm ở nước ta.

Thầy đã cùng tập thể các tác giả biên soạn bộ “Từ điển tiếng Việt” hiện được đánh giá cao, người đầu tiên và là người tích cực đóng góp, sáng tạo trong việc chuẩn hoá thuật ngữ Hoá học phải kể tới thầy. Thầy đã tham gia biên soạn và chủ biên nhiều loại Từ điển Hoá học Nga - Việt; Từ điển hoá học Pháp Việt; Từ điển Hoá học giải thích; Từ điển bách khoa.

Ý thức xây dựng ngành Hoá học ở nước ta ở thầy thật là toàn diện, thầy đã dành rất nhiều thời gian cho việc đặt nền móng ban đầu cho môn Hoá ở các trường phổ thông.

Hoạt động khoa học và giảng dạy của thầy rất phong phú và đa dạng, nhưng cuộc đời riêng của thầy lại thật đơn giản. Từ khi về tiếp quản Hà Nội tới nay vẫn không có gì thay đổi, vẫn một mình trong căn phòng nhỏ phía Tây chứa đầy sách, vẫn chiếc giường cá nhân, chiếc bàn mộc, hàng ngày vẫn đi chợ, nấu ăn, giặt giũ, xách nước... Trong giảng dạy và nghiên cứu thầy nêu cao tinh thần tự lực thì trong cuộc sống riêng điều đó càng thể hiện rõ nét. ở tuổi trên 80, thầy đã nghỉ hưu nhưng rất minh mẫn và vẫn làm việc không ngừng. Hàng đêm thầy vẫn miệt mài dưới ánh đèn khuya để nghiên cứu các tài liệu chuyên môn của nước ngoài, đọc góp ý cho các công trình nghiên cứu khoa học... Hằng ngày vẫn đi bộ đến bộ môn Phân tích làm việc, tham gia hướng dẫn, đóng góp ý kiến cho các đề tài nghiên cứu khoa học, trao đổi chuyên môn với từng cán bộ của tổ.

Nói về thầy Cát, một người học trò cũ nhân dịp kỷ niệm ngày sinh lần thứ 75 của thầy đã phát biểu: “Trí tuệ của thầy Cát là lớn lao, tầm nhìn cũng như sự nhạy bén của thầy trong hướng nghiên cứu mới chưa chắc lớp trẻ đã theo kịp. Nhưng cái lớn lao ở thầy Cát mà mọi thế hệ học trò phải noi theo là vươn tới - đó là Cái Tâm.

Đúng vậy, thầy sống với mọi người bằng “cái tâm” cho nên lúc nào thầy cũng vui vẻ, lạc quan, đối với học trò thầy chỉ có tình thương, bao dung và lòng tận tâm giúp đỡ chỉ bảo. Thầy động viên, khích lệ những học trò giỏi, những mong họ tiến xa, tiến nhanh trên con đường khoa học để đóng góp được nhiều cho đất nước, nhưng đối với những người học trò không có điều kiện thầy cũng tạo điều kiện giúp đỡ, ân cần, chỉ bảo với lòng mong muốn họ có đủ trình độ đáp ứng với công tác chuyên môn được giao phó. Niềm hạnh phúc lớn của thầy là thấy được sự trưởng thành nhanh chóng của những học trò, sự lớn mạnh của ngành Hoá học Việt Nam mà thầy đã cống hiến toàn bộ sức lực và trí tuệ để tạo dựng nên nó. Thầy đã được Nhà nước phong học hàm Giáo sư (1980), Nhà giáo nhân dân (1988), Chiến sĩ thi đua toàn quốc (1985) và được thưởng nhiều Huân chương các loại.

Nhà báo Lâm Thao đến bộ môn Hoá phân tích tìm hiểu về thầy Cát để viết bài báo “Cái tâm và cái tài” (Báo Nhân dân, số 12590 ngày 11/1998) đã viết: “Bản thân thầy Cát là một tấm gương suốt đời tự học, luôn luôn vươn tới và luôn luôn xứng đáng ở vị trí của một nhà khoa học đầu đàn”, và nhà báo Lâm Thao kết luận: “Chữ tâm và chữ tài phải chăng đây là cái cốt lõi trong con người làm khoa học và con người nhà giáo của GS.Nguyễn Thạc Cát”.

Gương làm việc tận tụy đầy tài năng của thầy đã phục vụ nhiều cho đất nước, đã đóng góp vào việc đặt nền móng đẩy sự phát triển của ngành Hoá học nói chung và ngành Hoá phân tích nói riêng ở nước ta. Cuộc sống có tâm của thầy như những giọt mưa mát rượi, ngấm lâu trong lòng đất, nó sẽ tiếp sức cho cuộc sống, làm cho đời ngày càng tốt đẹp hơn, như chất xúc tác đặc biệt, nó sẽ thúc đẩy tích cực làm cho ngành Hóa học của nước ta ngày càng phát triển phục vụ nhiều cho nhân dân.