ทอมป์สันเกิดและเติบโตที่ประเทศสหรัฐอเมริกา จนกระทั่งปี 1785 เขาได้ไปเป็นที่ปรึกษาของเจ้าชาย คาร์ล เธโอดอร์ แห่งบาวาเรีย และใช้ชีวิตอยู่ในบาวาเรียถึง 11 ปี ปรับโครงสร้างของกองทัพเสียใหม่ และทำงานช่วยเหลือคนยากจนในแคว้นนั้น เขาคิดค้นซุปรัมฟอร์ด ซึ่งอุดมด้วยสารอาหาร สำหรับให้คนยากจนได้รับประทาน ริเริ่มการเพาะปลูกมันฝรั่งในบาวาเรีย คิดค้นเทียนไขที่ทำจากขี้ผึ้งเพื่อใช้แทนเทียนไขจากไขสบู่หรือไขมันสัตว์ รวมทั้งเป็นผู้ก่อตั้ง Englischer Garten ในเมืองมิวนิก ซึ่งยังคงอยู่จนถึงปัจจุบัน เป็นสวนสาธารณะที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลก

งานของทอมป์สันเกี่ยวกับการประดิษฐ์เครื่องอาวุธและระเบิด เป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้เขาสนใจทฤษฎีเกี่ยวกับความร้อน เขาได้คิดค้นเครื่องมือสำหรับวัดความร้อนจำเพาะของของแข็ง แต่โจฮัน วิลเค (Johan Wilcke) ทำสำเร็จตัดหน้าไปเสียก่อน งานต่อมาเขาหันไปสนใจคุณสมบัติการป้องกันความร้อนของวัสดุต่างๆ เช่น เฟอร์ ขนสัตว์ ขนนก เป็นต้น ซึ่งคุณสมบัติการเป็นฉนวนเป็นการป้องกันการพาความร้อนผ่านอากาศ แต่ทอมป์สันด่วนสรุปไปว่า อากาศ และก๊าซอื่น ๆ เป็นฉนวนที่ไม่มีคุณสมบัติการนำความร้อนที่สมบูรณ์แบบที่สุด ต่อมาเขาขยายแนวความคิดนี้ไปครอบคลุมของเหลวด้วย ซึ่งจอห์น ดาลตัน และ จอห์น เลสลี่ พากันคัดค้านอย่างรุนแรง

ในปี ค.ศ. 1798 เขาได้เผยแพร่ผลงานชื่อ An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction (การทดลองว่าด้วยแหล่งกำเนิดของความร้อนที่มีที่มาจากแรงเสียดทาน) โดยนำเสนอว่าความร้อนไม่ได้เกิดจากแคลอริก แต่ความร้อนเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ ทฤษฎีนี้ถูกโต้แย้งอย่างหนัก แต่ก็เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิด กฎทรงพลังงาน ต่อมาในคริสต์ศตวรรษที่ 19