国立中央大学，因物理等科目成绩突出（英语成绩为零）被理学院物理系录取。大学时期的生活主要靠「贷金」。1942年中大物理系毕业，留校任助教。1948年初，公费赴美留学，先就读于明尼苏达大学，暑期后转入芝加哥大学物理系，1950年获硕士学位。同年回国，在中国科学院应用物理研究所工作。曾任中国科学院上海技术物理研究所研究员、所长。先后兼任中国科学技术大学教授、半导体教研室主任和上海科技大学教授、技术物理系主任。
研究.汤定元首次定量解释了锗光电导光谱分佈的物理规律，取得了国际公认的成果。