Thorstein Wereide var sønn av gårdbruker Gunnar Absalonson Vereide (1853–1919) og Marte Torsteinsdatter Rye (1852–1927). Etter oppveksten på Ytre Vereide ved Gloppefjorden havnet han på bygdas private middelskole, før han reiste til Bergen og tok examen artium ved Hambros skole i 1903. Deretter var han ett år ved Volda lærarhøgskule og ett år ved Krigsskolen. Omkring 1910 ble han cand.real. ved Universitetet i Oslo. Avhandlingen Sorets fenomæn. En undersøkelse av et fysisk problem sikret ham en doktorgrad i 1913. Den handlet om termodiffusjon og bygget på oppdagelser som sveitseren Charles Soret (1854–1904) hadde gjort omkring 1879.
Wereide studerte 1913–14 teoretisk fysikk i Paris under Jean Baptiste Perrin og Paul Langevin, i 1915–16 i Leipzig og Göttingens universitet. Etter diverse studieopphold søkte han om professoratet etter Kristian Birkeland (1867–1917), men dette gikk imidlertid til Lars Vegard (1880–1963) fra Vegårdshei. Derimot var Thorstein i Egypt for å studere det etterlatte arbeidet etter Birkeland, som hadde bodd i Egypt i sine siste år.