幼少期から様々なコマーシャル出演を経て2008年に短編映画出演を果たし、翌2009年にはテレビドラマ『ロー&オーダー』やテレビ映画『Loving Leah』に出演した。2012年に放映されたテレビドラマ『救命医ハンク セレブ診療ファイル』のシーズン4に4話出演し、さらに同年放映のテレビドラマ『HOMELAND』のシーズン2では副大統領の息子のフィン・ウォルデン役を演じる。2014年の映画『ステイ・コネクテッド〜つながりたい僕らの世界』にダニー・ヴァンス役で出演を果たし、同年にSF映画『インターステラー』でトム・クーパーの若い頃を演じる。それから2015年の映画『クーパー家の晩餐会』にシャーロットとサムの孫チャーリー役で出演している。アーミー・ハマーと共演を果たしたルカ・グァダニーノ監督の2017年の映画『君の名前で僕を呼んで』で演技を絶賛され第90回アカデミー主演男優賞にノミネートされた。
アメリカ合衆国ニューヨークのマンハッタンにあるヘルズ・キッチンで生まれる。父はフランス人で国際連合児童基金エディター、母は元ブロードウェイのダンサーで不動産ブローカーのユダヤ系アメリカ人。フランス語が解せる。フランスとアメリカ合衆国の二重国籍。姉ポーリーヌは女優でフランス在住。本人は自身の名前について、フランス風に「ティモテー」と発音すると述べている。ヘルズ・キッチンで育つが、幼少の頃からフランスに滞在することが多かった（1年の内4ヶ月以上をフランスで過ごしたという）。マンハッタンにある芸術系の高校フィオレロ・H・ラガーディア高校で学び、卒業後、コロンビア大学に入学。それからニューヨーク大学に通う。
一般の人によく知られているのは哲学よりも、中学校の数学の教科書に必ず出てくるターレスの定理であろう。これは「半円に内接する角は直角である」という定理である。タレス自身が円周上の点と円の中心を結び、2つの二等辺三角形を作ってこの定理を証明したために、この名前がついたという。ちなみに「ターレスの定理」とよばれるものは5つある。
草津白根山では、気象庁が運用を開始した2007年12月1日から噴火警戒レベルが設定されている。群馬県と草津町はレベル1（平常）の段階でも第1次規制として山頂火口の湯釜から半径500メートル以内の立ち入りを制限し、当初は夏場の観光シーズンにのみ規制緩和して火口縁の展望台まで続く歩道を開放していた。しかし、2009年4月10日に半径500メートル域内のごく小規模な火山灰の噴出などへの警戒を呼びかける噴火予報が発表され、その後火口内で新たな噴気が確認されたことから、2010年4月8日に開催された草津白根山防災会議協議会において、第1次規制の継続と当面の間緩和措置が見送られた。2014年3月から湯釜周辺で火山性地震が増加し、4月頃からわずかではあるが山体の膨張を示す変動が観測された。その後も様々な火山活動の活発化を示す兆候が現れてきたことを受け、2014年6月3日に気象庁は噴火警報を発表し、噴火警戒レベルを「レベル2（火口周辺規制）」に引き上げた。これを受け、即日群馬県は国道292号の草津町殺生河原駐車場前から嬬恋村万座三叉路までの8.5キロメートルを通行止めとし、草津町と嬬恋村は第2次規制区域内の登山道を立ち入り禁止とした。その後の同年6月14日に規制が緩和され、日中の8:00 - 17:00に限り国道292号の通行は可能になったが、途中山頂の半径1キロ以内を走る2.5キロメートルの区間は駐停車禁止となり、駐車場や売店も閉鎖された。2017年6月7日には火山活動の低下により噴火警戒レベルが「レベル1（活火山であることに留意）」に引き下げられ、立ち入り規制が湯釜火口の1キロメートル圏内から500メートル圏内に緩和された。これを受けて6月15日に国道292号の規制が解除され、駐車場と売店の営業も再開された。2018年1月23日午前10時2分頃、本白根山の鏡池北火口から、直前まで目立った予兆もなく噴火し、気象庁は午前11時5分に噴火警戒レベルを「レベル2（火口周辺規制）」に引き上げ、さらに噴石が1キロメートル以上飛んでいることが明らかとなったため午前11時50分には噴火警戒レベルを「レベル3（入山規制）」に引き上げ、警戒範囲を本白根山鏡池付近から2キロメートルとした。この噴火による噴石で1名が死亡、11名が負傷。多数の監視カメラが向けられていた湯釜ではなく、全く監視していない鏡池付近からの噴火であったため、気象庁側は遅れて察知することになった。2018年1月の噴火を受け、同年3月16日から、気象庁は草津白根山の噴火警戒レベルを本白根山と白根山（湯釜付近）とで分けて発表することにし、これに伴い、白根山（湯釜付近）はレベル1を“継続”という形となった（本白根山はレベル3から2に引き下げ）。本白根山を中心とする規制範囲が縮小されたことで、同年4月20日に湯釜の近くを通る国道292号志賀草津道路の冬季閉鎖が解除された。しかし、翌日夜に湯釜付近での火山活動が活発となり、翌22日付で湯釜付近もレベル2に引き上げられた。これにより、志賀草津道路も冬季閉鎖解除からわずか2日で一部区間が通行止めとなった。2019年4月19日、道路管理者の群馬県から提示された条件を草津町に厳守させることを条件として志賀草津道路の冬季閉鎖が解除された（噴火警戒レベルは２）。しかし、条件の一つにある『全車を一旦停車させ、安全対応について告知するチラシを配布する』が西側において委託している草津観光公社の独断で一切行われておらず、それに伴って本来禁止されているオープンカーも通行していたことが判明し、4月24日に再び閉鎖された。その後は天候状況を判断しながら解放されていた。5月15日から火山性地震が増えているとして、同18日より閉鎖されている。