В возрасте 12 лет Томас стал продавцом газет и сладостей в поезде на железной дороге, связывающей Порт-Гурон с Детройтом. В подвале своего дома он устроил химическую лабораторию. Освоил профессию телеграфиста. 11 октября 1868 получил патент на изобретение электрического регистратора числа голосов. Следующее изобретение имело более практическое применение и позволяло передавать информацию о биржевых курсах с помощью телеграфного аппарата. На этом изобретении Эдисон заработал 40 тыс. долларов и в 1870 организовал в Ньюарке (шт. Нью-Джерси) мастерскую, где изготавливал автоматические телеграфные аппараты и другую электроаппаратуру. Примерно в это время взялся за ту же проблему, которая занимала А.Белла, – мультиплексный телеграф и разработал систему дуплексного и квадруплексного, а в 1875 – сентаплексного телеграфа. В 1875 Эдисон открыл явление термоэлектронной эмиссии (эффект Эдисона), нашедшее применение при создании электровакуумных приборов (прежде всего радиолампы) и термоэлектронных генераторов. Годом позже организовал крупную лабораторию с мастерскими в Менло-Парке (шт. Нью-Джерси) и сделал множество изобретений: усовершенствовал микрофон телефонного аппарата Белла (1876), изобрел прибор для измерения активности солнечного излучения, создал первый фонограф (1877). Газеты провозгласили фонограф «величайшим открытием века», а сам Эдисон предложил множество способов его применения: диктовка писем и документов без помощи стенографистки, воспроизведение музыки, запись переговоров (в сочетании с телефоном) и др.

В 1878 Эдисон обратился к проблеме электрического освещения и, проведя за один год более 6 тыс. опытов в поисках материала для лампы накаливания, создал в 1879 первую пригодную для коммерческого производства лампу с угольной нитью, сконструировал для нее патрон и цоколь. Эдисон создал сверхмощный электрогенератор и участвовал в сооружении и пуске в Нью-Йорке первой в мире центральной тепловой электростанции с разветвленной сетью подачи электроэнергии для освещения и других нужд (1881). Помимо этого, Эдисон изобрел щелочной железо-никелевый аккумулятор, предохранитель, поворотный выключатель, мегафон.

В 1891 Эдисон получил патент на кинетоскоп – аппарат для демонстрации последовательных фотографий движущихся предметов. Купив патент на проектор, изобретенный Т.Арматом, осуществил 23 апреля 1896 в Нью-Йорке первый публичный показ кинофильма, а в 1913 продемонстрировал кинофильм с синхронным звуковым сопровождением.

Во время Первой мировой войны Эдисон возглавлял консультационный совет ВМС США. Участвовал в создании лекарственных препаратов, красителей и других материалов, ранее импортировавшихся из Германии, разработал процесс получения синтетического фенола и жидких продуктов перегонки каменного угля, необходимых для производства взрывчатых веществ.

Несмотря на почтенный возраст, Эдисон проводил за работой многие часы, занимаясь усовершенствованием беспроволочного телеграфа, радио, силового электрооборудования, киноаппаратуры, автомобилей и самолетов. Всего Эдисон запатентовал более 1000 изобретений. Умер Эдисон в Вест-Ориндже 18 октября 1931.