Estudou engenharia no Owens College e se mudou para o Trinity College em Cambridge. De 1884 a 1919 foi Professor Cavendish de Física. Em 1890 casou com Rose Elisabeth Paget,(1830-1951) filha de Sir George Edward Paget . Ele teve um filho, George Paget Thomson (1892-1975) e uma filha, Joan Paget Thomson. Seu filho se tornou um notável físico, recebendo em 1937 o Prêmio Nobel por descobrir propriedades ondulatórias nos elétrons.
Pela descoberta dos elétrons, J.J. Thomson recebeu o Nobel de Física de 1906. Foi nomeado cavaleiro em 1908. Em 1918 se tornou mestre do Trinity College em Cambridge, onde permaneceu até sua morte em 1940, e foi enterrado na Abadia de Westminster, perto de Isaac Newton.
Thomson foi o vice-presidente da Associação Internacional de Ciências Esperanto (International Esperanto Science Association). Foi eleito membro da Royal Society em 12 de junho de 1884 e, depois, presidente de 1915 a 1920.
As experiências de Thomson podem ser consideradas o início do entendimento da estrutura atômica. Suas experiências com o tubo de raios catódicos permitiu concluir irrefutavelmente a existência dos elétrons. Os corpos são eletricamente neutros, com a descoberta dos elétrons de cargas negativa, concluiu-se também a existência dos prótons. Isso dava um modelo de átomo constituído por uma esfera maciça, de carga elétrica positiva, que continha elétrons nela dispersas, esse modelo ficou conhecido como pudim de passas. Segundo Thomson, o número de elétrons que contém o átomo deve ser suficiente para anular a carga positiva da massa. Se um átomo perdesse um elétron, carregaria positivamente, pois teria uma carga positiva a mais em sua estrutura com relação ao número de elétrons, transformando-se em íons. A massa dos elétrons é muito menor que a dos prótons, desse jeito, a massa do átomo seria praticamente igual à massa da esfera central (não se conhecia o núcleo do átomo), ou seja, igual à soma das massas dos prótons e nêutrons.
Thomson era cristão anglicano devoto, frequentava a igreja constantemente e rezava diariamente.
SIR JOSEPH JOHN THOMSON
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