I 1894 kjøpte Thompson plantasjen som inkluderte området av Chichen Itza. Han bygde opp området som ble ødelagt i krigen å gjennom spanske erobringen på Yucatánhalvøya. I 30 år utforsket han området på vegne av Field Columbian Museum. Thompson er mest kjent for å finne gjenstander i den hellige offer grotten Sagrado i Chichen Itza fra 1904 til 1910, der han fant gjenstander av gull, kobber og utskåret jadestein og menneske skjeletter. Samt at han fant eksempler som var antatt å være prekolumbiansk tre våpen. Siden det ikke var så veldig mange innsjøer eller elver i denne delen av Mexico ble vann tilførselen hentet i fra naturlige brønner eller cenotes. Thomson viste at maya befolkningen var lokalisert rundt vannkildene.