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교류현상 분야에서의 그의 발견으로 인해 성공적인 교류 전동기가 개발되었다. 그는 미국 전기산업의 설립자이기도 하다.

어렸을 때 잉글랜드를 떠나 미국 필라델피아로 갔으며 나중에 그곳의 센트럴 고등학교에서 화학과 역학을 가르쳤다.

그는 동료교사 E. J. 휴스턴과 함께 아크 조명체계를 설계했으며, 이에 대한 재정지원을 확보하여 코네티컷 주 뉴브리튼에 아메리카 전기회사를 설립하게 되었다(1880). 톰슨은 이 회사주식의 30％를 소유했으며 수석전기기사였다. 1882년 매사추세츠 주 린 출신의 사람들 몇몇이 회사 내의 지배적 이권을 사서 회사를 린으로 옮겼다. 그는 회사를 따라 린으로 갔는데, 1883년 톰슨-휴스턴전기회사로 개명되었으며, 1892년 톰슨-휴스턴전기회사와 에디슨제너럴전기회사의 합병으로 설립된 제너럴일렉트릭사의 고문으로 이곳에 머물렀다.

교류 전동기 외에도 그는 고주파 발전기(1890), 고주파 변압기, 3-코일 발전기, 백열 방법에 의한 전기 용접, 적산전력계 등을 발명했다. 또한 X선관을 개량하고 입체 X선 사진을 만드는 데 선구적인 역할을 함으로써 방사선학에서도 중요한 연구를 했다.

그는 처음으로 잠함과 터널 시굴작업을 하는 노동자들에게 잠함병을 예방하기 위해서 헬륨과 산소의 혼합물을 공급할 것을 제안했다. 약 700개의 특허를 얻었고 많은 상을 받았다.