Thomson begynte som student i Lund i 1843, filosofie magister 1850 og dosent i zoologi i 1857. Han hadde ansvaret i adskillige terminer for dette emnet, ble 1862 intendant for den entomologiske avdelningen av det zoologiske museet og ble i 1864 utnevnt til amanuensis (adjunkt) i entomologi. Thomson besøkte i 1872 som statens stipendiat flere kontinent og foretok også andre forskningsreiser i utlandet. Han fikk i 1877 en stilling ved det entomologiske museet i Berlin, men tok ikke imot stillingen.