Sự cách tân lớn nhất của Edison chính là phòng thí nghiệm ở Menlo Park, nó được xây dựng ở New Jersey. Đây là viện nghiên cứu đầu tiên được thành lập với mục đích chuyên biệt nhằm tạo ra các cải tiến và cách tân liên tục trong công nghệ. Chính tại đây, đa số các phát minh được đưa vào thực tiễn của ông đã ra đời, mặc dù việc căn bản của ông là quản lý và điều hành công việc của các nhân viên.

Ông góp công trong việc thực nghiệm điện thoại, máy quay đĩa, tàu điện, máy phân tích quặng, đèn điện, và một số cải tiến phát minh khác. Tuy nhiên, ban đầu ông làm việc về đèn điện và chịu trách nhiệm thử nghiệm và ghi lại về thiết bị đó. Năm 1880 ông được chỉ định làm kỹ sư trưởng của Xưởng đèn Edison. Trong năm đầu tiên này, xưởng dưới sự quản lý của Francis Upton, đã sản xuất ra 50.000 bóng đèn. Theo Edison, Hammer là "một người tiên phong trong lĩnh vực đèn chiếu sáng".

Đa số các bằng sáng chế của Edison là những bằng sáng chế hữu ích, chỉ khoảng hơn mười chiếc là bằng sáng chế thiết kế. Nhiều phát minh của ông không hoàn toàn là ý tưởng ban đầu của ông, nhưng những cải tiến giúp nó có thể được sản xuất hàng loạt là của ông. Ví dụ, trái với điều mọi người vẫn nghĩ, Edison không phát minh ra bóng đèn điện. Nhiều thiết kế đã được phát triển bởi các nhà phát minh từ trước đó gồm cả bằng sáng chế mà ông mua lại từ Henry Woodward và Mathew Evans, Moses G. Farmer,[5] Joseph Swan, James Bowman Lindsay, William Sawyer, Humphry Davy, và Heinrich Göbel. Năm 1878, Edison xin cấp phép cho thuật ngữ sợi dây tóc cho yếu tố dây phát sáng mang dòng điện, mặc dù nhà phát minh người Anh Joseph Swan đã sử dụng thuật ngữ đó từ trước. Edison đã lấy các đặc tính từ các thiết kế trước đó và trao nhiệm vụ cho các công nhân của ông tạo ra những bóng đèn có tuổi thọ cao hơn. Năm 1879, ông đã sản xuất ra một ý niệm mới: một chiếc đèn có sức chịu đựng cao trong một môi trường chân không lớn, nó sẽ cháy sáng hàng trăm giờ. Trong khi những nhà phát minh trước đó đã sản xuất ra đèn điện trong các điều kiện phòng thí nghiệm, Edison đã tập trung vào việc áp dụng thương mại hóa và đã có thể bán ý tưởng của mình tới các gia đình và các cửa hàng bằng cách sản xuất hàng loạt các bóng đèn có tuổi thọ cao và tạo ra một hệ thống phát và cung cấp điện.

Phòng thí nghiệm Menlo Park có thể được xây dựng nhờ tiền bán bộ máy thu phát cùng lúc bốn tín hiệu mà Edison sáng chế ra năm 1874. Chiếc máy điện báo thu phát bốn tín hiệu cùng lúc có thể gửi bốn tín hiệu điện báo cùng lúc trên cùng một dây dẫn. Khi Edison liên hệ bán máy cho Western Union, ông đã bị sốc khi Western Union đưa ra một cái giá không thể ngờ nổi; quyền sáng chế được bán với giá $10.000. Chiếc máy điện báo này là thành công tài chính lớn đầu tiên của ông.