热力学领域中硕果累累
“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。正当汤姆孙在电磁理论边缘徘徊不前时，他非常幸运地遇上了另一位大物理学家焦耳，把他的兴趣引上了另一条道路一热力学研究。
他们的相遇、相识与相知也是富有戏剧性的。1847年，在牛津召开的英国科学协会的会议上，焦耳再次宣传当时未被人们接受的“热功当量理论”。这位不屈不挠的实验家，面对怀疑和非难，坚定地说明“各种形式的能可以定量地相互转化”。汤姆孙出席了这次会议，最初也准备反驳，但听完后却明白其中包含真理。会后，他同焦耳亲切交谈，两人成了莫逆之交。在焦耳的鼓励下，汤姆孙开始倾注于热力学的研究。天道酬勤，他的天才在电磁学未充分发挥，在热力学领域却放出了奇光异彩。1848年，他发表了第一部内容相当丰富的热力学著作，书中，以卡诺原理为基础，确立了绝对温标的概念。1851年，汤姆孙发表了《热力学理论》一书，他从卡诺理论出发，作为他对热力学第二定律的一种表述，发展了热力学理论，使其成为物理学的奠基石之一。他的很多工作都是和焦耳共同完成的。1853年至1854年期间，他们共同研究了气体的扩散对温度的变化，并发现了著名的焦耳一汤姆孙效应(气体受压通过窄孔后膨胀降温)，这个效应为近代低温工程提供了重要的理论基础。
汤姆孙对热力学的研究，包括的方面很广，从宇宙的极限到自己的身体。他经常观察周围的事物，目的是要改进这些事物。有一天，他看着自己的晚餐，突发奇想：在高温下食物的分子是很活跃的，在低温下分子运动却特别迟缓。热可以加速变化的过程，而冷则可以减慢这个过程，细菌可以在高温下被杀死，也可以在低温下停止活动。这样，食物不就可以通过冷却来保存吗?当他清晨从田间走过时，他观察到露水如何保护农作物不受夜间霜冻的侵袭。从这个简单的现象中，他领悟到一种最新工艺——冷藏的原理。
汤姆孙是这样的勤于观察、勤于思考，热爱研究。他在热力学领域的研究使他成为物理学界荟萃群星中耀眼的一颗。
横越大西洋海底电缆的成功
1853年，29岁的汤姆孙在热力学研究取得丰硕成果后，再次把注意力投向了电磁学，经过反复实验，证明了“莱顿瓶放电具有振荡性质”，这是发现电磁波的前兆，他又一次走在了真理的边缘!遗憾的是他没有继续研究下去，个中缘由种种，或许当时举世瞩目的大西洋海底电缆工程吸引了他的注意力。因为汤姆孙不是法拉第那样的实验科学家，也不是麦克斯韦那样的理论科学家，他更多地具有工程师的气质。
要建造和铺设数千公里的海底电缆，工程艰巨可想而知，有许多理论和技术问题需要解决。汤姆孙以其丰富的理论知识和超群出众的才华脱颖而出，被选聘为大西洋海底电缆公司的董事，尽管工程成功之前，董事没有薪金。汤姆孙却热爱这份事业，期盼着自己的理论能够付诸实践，在工程建设中大显身手。
然而，年轻的董事开始并未受到重用，公司选择老资格的、独断专行的华特霍斯担任电气工程师。工程开始时，由于按华特霍斯合同订做的电缆的直径比理论要求小得多，刚开始时就陷入混乱。为了补救这一严重错误，汤姆孙废寝忘食，进行突击研究，及时解决了这一问题。
1857年，电缆敷设沉放工程开始，身为电气工程师的华特霍斯却以身体不适为名拒绝出航。汤姆孙接替华氏披甲上阵。不幸的是，电缆沉放到300多海里时突然折断，而且信号微弱，第一次沉放失败。但汤姆孙并没有气馁，而是全心分析研究，最后得知，电缆折断是由于外层机械强度不够。而为克服信号微弱这一困难，他从阳光下镜片反射光的放大中受到启发，发明了镜式电流计、电报机，这种电报机灵敏度很高，为长途电缆通信提供了实用、快捷、灵敏的终端设备。
这二难题的解决为电缆再次沉放奠定了基础。1858年春夏之交，汤姆孙再向大海征战，与风浪搏击一个多月，8月5日上午电缆终于着陆。汤姆孙拍发出从欧洲到美洲的第一份电报，5分钟后，美洲清晰地收到了电报。茫茫大西洋终于被征服了!大西洋两岸的人们激动不已。
然而，正如马克思所说，“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望到达光辉的顶点”。大西洋海底电缆使用一个月后，出现严重故障，信号模糊，不久信号完全中断。公众反应非常强烈，各种批评接踵而至。后来调查分析表明电缆制造不合要求，绝缘层抗腐蚀性太差。汤姆孙竭力说服众股东继续努力，就一定能获得成功。
1865年初，经过改良的第二条电缆终于闪亮登场，汤姆孙为此花费了不少心血。这年6月，汤姆孙再次远航，领导了这次沉放工程。人们对这次沉放寄予了莫大希望，但想不到电缆再次折断，坠入万丈深渊。几年的心血付之东流，怎能不让人痛心惋惜?整整9年的心血，9年的代价，汤姆孙又怎能就此甘心?何况多次的失败正孕育着成功的新生儿，成功正在前方召唤，犹如即将升起的太阳、母腹中躁动的婴儿。“大西洋阻挡不住人类的进步!”这是汤姆
