02年暑假，汤马臣与飞燕诺的合约到期，随着欧洲足协盃的成功得到意大利劲旅AC米兰以自由转会邀请加盟。同时汤马臣获丹麦国家足球队入选出席2002年世界盃足球赛，赛事中他更取得四个入球。
AC米兰.在效力首个球季，由于AC米兰拥有舍甫琴科及里瓦尔多在阵，托马森大多数沦为球队后备，出场机会少之又少，但他在欧洲联赛冠军盃取得三个入球，更压倒尤文图斯而赢得赛事冠军。翌年AC米兰获得意大利超级盃冠军，里瓦尔多的离队令托马森获得多番的上阵机会，并且射入12球协助球队成功卫冕意甲联赛冠军。随后托马