Thomson sai kandidaattitutkinnon matematiikassa päätökseen vuonna 1880 ja maisterin tutkinnon kolme vuotta myöhemmin. Thomson suoritti vuonna 1880 [[Mathematical Tripos]]in kokeet ja sai sen vuoden kokeensuorittajista toisiksitoiseksi parhaimman tuloksen eli hän oli ''Second Wrangler''.<ref name="Cambridge"/> Thomsonia paremmin pärjäsi ainoastaan irlantilainen fyysikko [[Joseph Larmor]], josta tuli myöhemmin [[Lucas-professuuri|Lucas-professori]]. Thomson pysyi yliopistossa vielä tutkintojen suorittamisen jälkeenkin. Tuona aikana hän tutki energian muutoksia muodosta toiseen. HänetTutkinnot valittiinsuoritettuaan hänenhänet suoritettua tutkinnotvalittiin Trinity Collegen jäseneksi ({{k-en|Fellow of Trinity College}}).<ref name="Cambridge"/>
Lordi Rayleighin erottua vuonna 1884 kokeellisen fysiikan professuurista CavendihCavendish Laboratorystä, Thomson päätti hakea vapautunutta virkaa. Hakijoita oli yhteensä neljä, mukaan lukien [[Richard Glazebrook|Richard T. Glazebrook]]. Glazebrookia pidettiin varmana valintana virkaan, koska hänellä oli jo vuoden kokemus kokeellisen fysiikan opettamisesta. Viikon kuluttua hausta Thomson valittiin virkaan. Thomson ja Glazebrook yllättyivät molemmat valinnasta, Glazebrook ei kuitenkaan osoittanut katkeruuden merkkejä. Epätodennäköisen valinnan Thomsonista teki hänen suhteellisen nuori ikänsä sekä se, että hänen näyttönsä olivat tuohon mennessä lähinnä teoreettisia.<ref name="Cambridge"/> Uusi professori alkoi ensimmäiseksi tutkia kaasujen sähkönjohtavuutta, jonka myötä hän myöhemmin löysi elektronin. ThomsoninYksi yksiThomsonin oppilaista Cavendishissa oli [[Ernest Rutherford]].
Rachel Love kosi Thomsonia. Thomson kuitenkin kieltäyikieltäytyi ja meni naimisiin vuonna 1890 Rose Elisabeth Pagetitin kanssa. Paget oli lääkäri ja [[fysiikan Regius-professuuri|fysiikan Regius-professorina]] olleen Sir George Edward Pagetin tytär. Thomsonin ja Pagetin suhteeseen syntyi kaksi lasta;, tytär Joan Paget Thomson ja poika [[George Paget Thomson]]. Thomsonin poika teki myös uran fysiikassa ja hänetkin palkittiin Nobelin fysiikanpalkinnolla vuosia myöhemmin [[1937]]. Hieman ironisesti{{Kenen mukaan}} J. J. Thomson sai Nobelin palkinnon elektronin hiukkasluonteen löytämisestä ja hänen poikansa sai palkinnon elektronin aaltoluonteen löytämisestä.
Thomson oli myös kunniaprofessori fysiikassa Cambridgessä ja Royal Institutionissa [[Lontoo]]ssa.
