1856年出生于英格兰的曼彻斯特附近，苏格兰人家庭。1870年，他在不寻常年轻的14岁就被录取在曼彻斯特的欧文学院（现在的曼彻斯特维多利亚大学）学习了工程学，搬到了剑桥大学三一学院。1884年12月22日，他被任命成为剑桥大学卡文迪许物理学教授，即卡文迪许实验室主任。他的学生之一是欧内斯特·卢瑟福，卢瑟福于1919年接替汤姆孙就任卡文迪许物理学教授。受到詹姆斯·麦克斯韦工作的影响和X射线的发现，他推导出阴极射线（参见阴极射线管）存在于带负电的粒子，他称之为“微粒”，这种微粒现在认识为电子。电子曾经被约翰斯