Joseph John Thomson urodził się w 1856 roku w Cheetham Hill - okolice Manchesteru. Studiował nauki przyrodnicze w Manchesterze. Po studiach przeniósł się do Cambridge, gdzie został asystentem Rayleigha. Po jego odejściu Thomson, w wieku 28 lat, objął kierownictwo katedry fizyki doświadczalnej oraz kierownictwo Cavendish Laboratory. Wykładał również na uniwersytetach w Princeton i New Haven (uniwersytet Yale) w Stanach Zjednoczonych.
Jego głównym dokonaniem było wyznaczenie wartości stosunku ładunku do masy cząstek wchodzących w skład promieniowania katodowego, a następnie stwierdzenie, że owe promienie składają się z identycznych cząsteczek, które nazwano elektronami (hipotezę tą przedstawił 30 kwietnia 1897). Odkrycie to zmusiło fizyków do porzucenia koncepcji niepodzielności atomu. Thomson widział atom jako naładowaną kulę, w której umieszczone są elektrony (model "ciasta z rodzynkami"). Model ten był o tyle dobry, że tłumaczył wiele zjawisk fizycznych i chemicznych - elektrolizę, emisję elektronów.
Naukowiec stwierdził również, że w badanych przez niego substancjach liczba elektronów w atomie jest równa połowie liczby masowej. Badał i analizował również wiązki dodatnich jonów powstające przy katodzie w rurce, podobnej do tej dzięki której odkrył elektrony. W 1913 roku wraz z Francisem Astonem odkrył istnienie trwałych izotopów neonu.
W 1906 roku Joseph John Thomson otrzymał nagrodę Nobla.
W 1915 roku został przewodniczącym Royal Society. Funkcję tą sprawował do 1920 roku, kiedy to wycofał się z życia naukowego. Thomson umarł 30 sierpnia 1940 roku.