Thomas ble født den 25. februar 1958 i London i England. Han ble utdannet ved Harrow School, en privatskole for gutter i London. Han studerte pre-klinisk medisin ved Trinity College, Cambridge, og ble uteksaminert med graden bachelor of arts (BA) i 1979: i henhold til tradisjon ble hans BA forfremmet til graden Master of Arts (MA Cantab). Han tok videre studier i medisin ved London Hospital Medical College, og fullførte gradene Bachelor of Medicine, Bachelor of Surgery (MBBS) i 1982. Han utførte kreftforskning ved University College, London, for å fullføre doktorgraden (PhD) i 1991.