Sachverhalt:
A. A.a Der 1951 geborene K._, Einrichter in der Firma B._ AG, meldete sich am 24. Oktober 2003 u.a. wegen den Folgen eines embolischen Hirninfarktes bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Thurgau führte erwerbliche Abklärungen durch und holte namentlich Berichte des Spitals M._ (vom 4. Oktober und 6. November 2002) und des Dr. med. V._, Facharzt für Allgemeine Medizin, (vom 6. Januar 2004) ein. Am 22. Juli 2004 verfügte die Verwaltung die Zusprechung einer halben Rente der Invalidenversicherung bei einem Invaliditätsgrad von 50 %. Im Rahmen des am 6. Juni 2006 eröffneten Revisionsverfahrens beliess die IV-Stelle den Invaliditätsgrad unverändert bei 50 % (Mitteilung vom 11. April 2007).
A.b Im Schreiben vom 21. Januar 2008 teilte Dr. med. V._ der IV-Stelle mit, zufolge einer Verschlechterung des Herzkreislaufleidens (Aortenaneurysma), einer Niereninsuffizienz und einer Fingerkuppenamputation sei der Rentenbezüger seit 4. Juli 2007 zu 100 % arbeitsunfähig und ab 15. Januar 2008 arbeite er wieder im Umfang von 20 %. Nach erneuten erwerblichen Abklärungen und Beizug u.a. des Operationsberichtes vom 8. Juni 2007 und des Befundberichtes vom 16. November 2007 des Zentrums X._ gab die IV-Stelle dem Versicherten am 17. September 2008 bekannt, die Überprüfung habe keine Änderung des Invaliditätsgrades von bisher 50 % ergeben, weshalb weiterhin Anspruch auf eine halbe Invalidenrente bestehe. Dies verfügte sie am 27. Oktober 2008.
B. Die hiegegen erhobene Beschwerde von K._ wies das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau am 20. Mai 2009 ab.
C. K._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, in Aufhebung des angefochtenen Entscheids sei die Invalidenrente angemessen zu erhöhen; eventualiter sei die Sache zu weiterer Abklärung an die Verwaltung zurückzuweisen.
Die Vorinstanz und IV-Stelle schliessen auf Abweisung, während das Bundesamt für Sozialversicherungen (BSV) auf eine Vernehmlassung verzichtet.

Erwägungen:
1. 1.1 Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (<ref-law>) kann u.a. die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat. Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG).
1.2 Bei den vorinstanzlichen Feststellungen zum Gesundheitszustand und zur Arbeitsfähigkeit der versicherten Person handelt es sich um Entscheidungen über eine Tatfrage (<ref-ruling> E. 3.2 S. 397 ff.). Soweit die Beurteilung der Zumutbarkeit von Arbeitsleistungen auf die allgemeine Lebenserfahrung gestützt wird, geht es hingegen um eine Rechtsfrage (<ref-ruling>). Analoges gilt für die Frage, ob sich eine Arbeitsunfähigkeit revisionsrechtlich erheblich verändert hat (<ref-law>; Art. 87 Abs. 3 und 4 IVV; Urteil 9C_878/2007 vom 4. Juli 2008 E. 2.2 mit Hinweis). Die konkrete Beweiswürdigung beschlägt Tatsächliches; die Beachtung des Untersuchungsgrundsatzes und der Beweiswürdigungsregeln nach <ref-law> dagegen Rechtliches (<ref-ruling> E. 3.2 und 4 S. 397 ff.; Urteil 9C_270/2008 vom 12. August 2008 E. 2.2). Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Es ist folglich weder an die in der Beschwerde geltend gemachten Argumente noch an die Erwägungen der Vorinstanz gebunden; es kann eine Beschwerde aus einem anderen als dem angerufenen Grund gutheissen und es kann eine Beschwerde mit einer von der Argumentation der Vorinstanz abweichenden Begründung abweisen (vgl. <ref-ruling> E. 2.5 S. 262; <ref-ruling> E. 1.4 S. 140).
2. 2.1 Ändert sich der Invaliditätsgrad einer Rentenbezügerin oder eines Rentenbezügers erheblich, so wird die Rente von Amtes wegen oder auf Gesuch hin für die Zukunft entsprechend erhöht, herabgesetzt oder aufgehoben (<ref-law>). Gemäss <ref-law> ist bei einer Verschlechterung der Erwerbsfähigkeit oder der Fähigkeit, sich im Aufgabenbereich zu betätigen, oder bei einer Verschlimmerung der Hilflosigkeit oder Erhöhung des invaliditätsbedingten Betreuungsaufwandes die anspruchsbeeinflussende Änderung zu berücksichtigen, sobald sie ohne wesentliche Unterbrechung drei Monate angedauert hat. Sofern der Versicherte die Revision verlangt hat, erfolgt die Erhöhung der Renten und Hilflosenentschädigungen frühestens von dem Monat an, in dem das Revisionsbegehren gestellt wurde (<ref-law>).
2.2 Aufgabe des Arztes ist es, den Gesundheitszustand zu beurteilen und zur Arbeitsfähigkeit der versicherten Person Stellung zu nehmen (<ref-ruling> E. 4 S. 261). Ob einem ärztlichen Bericht voller Beweiswert zukommt, beurteilt sich danach, ob er für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt und in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, wenn die Beschreibung der medizinischen Situation und Zusammenhänge einleuchtet und die Schlussfolgerungen des Arztes begründet sind (<ref-ruling> E. 3a S. 352; Urteil 9C_55/2008 vom 26. Mai 2008 E. 4.2).
3. Streitig und zu prüfen ist die verfügungsweise Bestätigung der mit Wirkung ab 1. September 2003 zugesprochenen halben Invalidenrente, nachdem der Beschwerdeführer im Jahr 2008 eine Verschlechterung des Gesundheitszustandes melden liess.
3.1 Die ursprüngliche Rentengewährung erfolgte mit Verfügung vom 22. Juli 2004 (Invaliditätsgrad von 50 %). Eine Rentenrevision auf der Basis eingehender Abklärungen führte die IV-Stelle in den Jahren 2006/07 durch, nach deren Abschluss sie dem Versicherten am 11. April 2007 mitteilte, der Invaliditätsgrad bleibe unverändert bei 50 %. Die mit Schreiben vom 21. Januar 2008 gemeldete gesundheitliche Verschlechterung nahm die Verwaltung zum Anlass einer erneuten Rentenrevision, welche sie mit Verfügung vom 27. Oktober 2008 abschloss. Zeitliche Vergleichsbasis zu den mit Verfügung vom 27. Oktober 2008 beurteilten Verhältnissen bildet demzufolge die Situation, welche der Mitteilung vom 11. April 2007 zugrund lag. Daran ändert nichts, dass die Verwaltung das Revisionsergebnis dem Rentenbezüger auf dem Weg einer blossen Mitteilung eröffnete; denn laut <ref-law> bedarf es keiner Verfügung, wenn die Invalidenrente nach einer von Amtes wegen durchgeführten Revision weiter ausgerichtet wird, sofern keine leistungsbeeinflussende Änderung der Verhältnisse festgestellt wird, was hier der Fall war. Eine solche Mitteilung ist, wenn keine Verfügung verlangt worden ist (<ref-law>), in Bezug auf den Vergleichszeitpunkt einer rechtskräftigen Verfügung gleichzustellen (Urteil 9C_46/2009 vom 14. August 2009 E. 3.1; vgl. auch Urteil I 526/02 vom 27. August 2003, E. 3 in: SVR 2004 IV Nr. 17, e contrario).
3.2 In antizipierter Beweiswürdigung erwog die Vorinstanz, eine polydisziplinäre Begutachtung dränge sich nicht auf, weil kein Arztbericht die Arbeitsfähigkeit durch die Niereninsuffizienz und den teilamputierten Finger entscheidend beeinträchtigt sehe. Die Kardiologen bezeichneten den wegen Aortenaneurysmen erfolgten operativen Eingriff als sehr erfolgreich und attestierten - wie vor der Operation - eine Arbeitsfähigkeit von 50 %, bei nur möglicherweise in Betracht zu ziehenden psychischen Beschwerden. Solche führe der behandelnde Arzt Dr. med. V._ im Bericht vom 7. Februar 2008 nicht an, derweil er in jenem vom 27. Juli 2006 noch - invaliditätsfremde - psychosoziale Probleme erwähnt habe. Eine psychische Erkrankung beschrieben weder die Ärzte der Klinik G._ (Bericht vom 8. Oktober 2007), noch mache sie der Beschwerdeführer geltend, weshalb für weitere Abklärungen in psychiatrischer Hinsicht keine Veranlassung bestehe.
3.3 Der Beschwerdeführer trägt hiegegen vor, nebst den Folgen der Aortadissektion bestünden eine Reihe anderer Grunderkrankungen, so der Zustand nach embolischem Hirninfarkt, ein Aneurysma der gemeinsamen Darmbeinarterie, eine Embolisation in die linke Hand und die subtotale Amputation eines Fingers der linken Hand. Die isolierte Sicht des Herzchirurgen Dr. med. U._ könne zur Beurteilung des Rentenanspruchs deshalb nicht genügen. Laut Fragebogen für Arbeitgebende vom 27. August 2008 sei als Folge des (kardialen) Gesundheitsschadens die vorbestehende Arbeitsfähigkeit von 50 % auf 20 % gesunken und Dr. med. V._ erwähne im Arztbericht vom 7. Februar 2008 eine deutlich reduzierte Leistung von noch 10 bis 20 %, wobei die angestammte Tätigkeit nicht mehr zumutbar sei. Indem die Vorinstanz all dem keine Beachtung geschenkt habe, sei der Sachverhalt willkürlich und unvollständig festgestellt sowie der Untersuchungsgrundsatz verletzt. Weitere Abklärungen müssten namentlich wegen aktenkundiger Schwindelbeschwerden, einer Schwäche und mit Blick auf allfällig vorhandene psychische Beschwerden veranlasst werden.
4. 4.1 In tatsächlicher Hinsicht stellte die Vorinstanz bestehende Folgen eines Hirninfarktes seit dem Jahr 2002 sowie Herzprobleme mit Vorhofflimmern im Jahr 2003 fest und erwähnte zudem einen Zustand nach operativem Aortaersatz (Operation vom 22. Juni 2007). Nach dem Eingriff habe der Beschwerdeführer - wie vorher - im angestammten Beruf eine Arbeitsfähigkeit von 50 % erreicht, so das Gericht. Es stützte sich dabei namentlich auf die im kantonalen Verfahren eingeholte Stellungnahme des Dr. med. U._ vom 2. April 2009, die allerdings nur die kardiologischen Befunde beschlägt, nicht aber die Auswirkungen des Hirninfarktes erörtert, welches Beschwerdebild für die ab 1. September 2003 zugesprochene halbe Invalidenrente ausschlaggebend war (Verfügung vom 22. Juli 2004). Gleiches gilt für die Berichterstattung des Dr. med. U._ vom 16. November 2007 mit der provisorischen Schätzung einer Arbeitsfähigkeit von 50 %. Zwar trifft zu, dass bereits bei der erstmaligen Rentenbemessung Herzprobleme aktenkundig waren, weshalb der vor der Gesundheitsverschlechterung vom Sommer 2007 ausgewiesene Invaliditätsgrad von 50 % in einem gewissen Umfang auch kardial bedingte Einschränkungen enthalten mag. Hingegen haben sich die kardiologischen Verhältnisse unmittelbar nach der ersten Revision (April 2007) verändert: das Aortenaneurysma fand im Juli 2007 statt, und vom Erreichen eines Zustandes wie 2003 ist nicht die Rede. Aus diesem Grund erlaubt die von Dr. med. U._ attestierte Arbeitsfähigkeit von 50 % nicht ohne weiteres die Annahme einer gesamthaft unveränderten Arbeitsfähigkeit. Mit der beweismässig relevanten Frage, ob die Arbeitsfähigkeit von 50 % auch die Folgen des embolischen Hirninfarktes und der übrigen Leiden einschliesst, setzt sich Dr. med. U._ nicht auseinander.
4.2 Es kommt hinzu, dass die Ärzte im revisionsrechtlich relevanten Zeitraum (ab Mitteilung vom 11. April 2007; E. 3.1 hievor) eine Niereninsuffizienz und ein Aorta iliaca-communis-Aneurysma erhoben haben, und der Beschwerdeführer am 30. Mai 2007 ein Quetschtrauma des Endgliedes des Dig. III rechts mit subtotaler Amputation erlitten hat. Der vorinstanzlich gezogene Schluss, die erwähnten Befunde hätten keinen Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit, ist beweisrechtlich nicht zulässig, begründet das kantonale Gericht seine Betrachtungsweise doch damit, die Arztberichte wiesen mit Bezug auf diese Leiden keine Leistungseinbusse aus. Hiebei wird die von Dr. med. V._ mit 10 bis 20 % angegebene Arbeitsfähigkeit übersehen (Arztbericht vom 7. Februar 2008), welche Bescheinigung - im Gegensatz zu den übrigen ärztlichen Stellungnahmen - sämtliche Befunde einschliesst. Darüber hinaus enthält der Austrittsbericht des Spitals M._ vom 12. Juni 2007 - wo sich der Beschwerdeführer zur Behandlung der Fingerverletzung bis 8. Juni 2007 aufhielt - keine Leistungseinschätzung, weshalb daraus keine Aussagen über die Arbeitsfähigkeit hergeleitet werden können. Zu keinen Bemerkungen Anlass gibt der angefochtene Entscheid hingegen, soweit er den Leistungsanspruch nicht nach der Einschätzung des Dr. med. V._ festsetzt; denn in Bezug auf Berichte von Hausärzten ist der Erfahrungstatsache Rechnung zu tragen, dass Hausärzte mitunter im Hinblick auf ihre auftragsrechtliche Vertrauensstellung in Zweifelsfällen eher zugunsten ihrer Patienten aussagen (<ref-ruling> Erw. 3b/cc). Allerdings durfte das kantonale Gericht im Lichte der Akten, namentlich der Zumutbarkeitsschätzung des behandelnden Arztes nicht allein auf jene des Kardiologen abstellen.
4.3 Der angefochtene Entscheid stützt sich nach Gesagtem nicht auf eine für die streitigen Belange umfassende ärztliche Untersuchung und Zumutbarkeitseinschätzung, welche sämtliche erhobenen Befunde berücksichtigt (vgl. E. 2.2 hievor). Unter diesen Umständen verletzt die antizipierte Beweiswürdigung mit Ausschluss gesamtheitlicher medizinischer Abklärungen Bundesrecht (<ref-law>).
5. Der Beschwerdeführer macht zudem geltend, ab Mai 2007 bis Januar 2008 vollständig arbeitsunfähig gewesen zu sein, womit gestützt auf <ref-law> vom 1. August 2007 bis April 2008 Anspruch auf eine ganze Invalidenrente bestehe. Aus dem bereits Dargelegten erhellt, dass die Akten keine rechtsgenüglichen Zumutbarkeitseinschätzungen enthalten (E. 4.3 hievor), weswegen das Bundesgericht über Beginn und Höhe leistungsbeeinflussender Änderungen der gesundheitlichen Verhältnisse keine im Sinne von <ref-law> ergänzenden Feststellungen treffen kann. Ausserdem übersieht der Beschwerdeführer, dass laut <ref-law> die Erhöhung der Rente frühestens von dem Monat an, in dem das Revisionsbegehren gestellt wurde, erfolgt, wenn - wie hier - der Versicherte die Revision verlangt. Der Antrag auf revisionsweise Überprüfung des Rentenanspruches liess der Beschwerdeführer mit Schreiben vom 21. Januar 2008 (ohne Eingangsdatum) stellen. Sofern das Schreiben bei der IV-Stelle im Januar 2008 eingegangen ist, könnte eine Rentenerhöhung erst ab Januar 2008 in Betracht gezogen werden.
6. Die Sache ist zur Klärung der Frage einer leistungsbeeinflussenden Verschlechterung des Gesundheitszustandes im revisionsrechtlich relevanten Zeitraum (E. 3.1) an die IV-Stelle zurückzuweisen, damit diese eine medizinische Einschätzung der Restarbeitsfähigkeit des Beschwerdeführers vornehme, die die Gesamtheit seiner Leiden berücksichtigt. Dabei ist auch die aktenkundig nicht geklärte Zumutbarkeit in einem allfälligen Verweisberuf zu schätzen. Ob ein psychiatrischer Facharzt beizuziehen ist (vgl. E. 4.2. i.f.), werden die Gutachter nach Massgabe der von ihnen erhobenen Befunde entscheiden müssen. Hienach ist über den Leistungsanspruch erneut zu verfügen. Bei diesem Verfahrensausgang bedarf es keiner Auseinandersetzung mit der Rüge, im Zuge der Anfrage der Vorinstanz an Dr. med. U._ vom 24. März 2009 sei das rechtliche Gehör verletzt worden.
7. Die Rückweisung der Sache an die Verwaltung zu erneuter Abklärung (mit noch offenem Ausgang) gilt für die Frage der Auferlegung der Gerichtskosten wie auch der Parteientschädigung als vollständiges Obsiegen im Sinne von Art. 66 Abs. 1 sowie Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG, unabhängig davon, ob sie beantragt oder ob das entsprechende Begehren im Haupt- oder im Eventualantrag gestellt wird (<ref-ruling> E. 6.1 S. 235; Urteil 8C_447/2009 vom 30. Oktober 2009 E. 4). Entsprechend dem Ausgang des Verfahrens sind die Gerichtskosten daher der unterliegenden Beschwerdegegnerin aufzuerlegen. Dem obsiegenden, anwaltlich vertretenen Beschwerdeführer steht eine Parteientschädigung zu.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird in dem Sinne gutgeheissen, dass der Entscheid des Verwaltungsgerichts des Kantons Thurgau vom 20. Mai 2009 und die Verfügung der IV-Stelle des Kantons Thurgau vom 27. Oktober 2008 aufgehoben werden und die Sache an die IV-Stelle des Kantons Thurgau zurückgewiesen wird, damit sie, nach erfolgter Abklärung im Sinne der Erwägungen, über die Rentenrevision neu verfüge.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden der Beschwerdegegnerin auferlegt.
3. Die Beschwerdegegnerin hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 2'800.- zu entschädigen.
4. Die Sache wird zur Neuverlegung der Kosten und der Parteientschädigung des vorangegangenen Verfahrens an das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau zurückgewiesen.
5. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 24. November 2009
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Meyer Ettlin