Sau Thế chiến thứ nhất Thomson trở thành giảng viên và ủy viên quản trị ở Trinity College, Cambridge¸sau đó ông chuyển sang Đại học Aberdeen. Tại đây, ông nghiên cứu và phát hiện các đặc tính giống như sóng của điện tử. Thomson đã chứng minh rằng điện tử có thể được nhiễu xạ như một làn sóng, một phát hiện chứng minh nguyên tắc lưỡng tính sóng-hạt đã được thừa nhận bởi Louis-de Broglie vào thập niên 1920 và thường được gọi là giả thuyết de Broglie.

Năm 1930 ông được bổ nhiệm làm giáo sư ở Imperial College, London. Cuối thập niên 1930 và trong thời Thế chiến thứ hai Thomson chuyên nghiên cứu về Vật lý hạt nhân, tập trung vào các ứng dụng thực hành cho quân sự. Ông làm chủ tịch Ủy ban MAUD[2] năm 1940-1941, ủy ban này đã kết luận rằng việc sản xuất bom nguyên tử là khả thi. Trong cuộc sống sau này, ông tiếp tục công việc nghiên cứu về năng lượng hạt nhân, nhưng cũng viết các tác phẩm về khí động lực học cùng giá trị của khoa học trong xã hội.

Thomson làm việc ở Imperial College tới năm 1952, sau đó ông trở thành hiệu trưởng trường Corpus Christi College, Cambridge.