Thomson-effekten er et af tre reversible termoelektriske fænomener (ofte blot kendt som termoelektriske effekter), de andre er Seebeck-effekten og Peltier-effekten. I 1851 konkluderede William Thomson (senere Lord Kelvin) på baggrund af termodynamiske ræsonnementer, at der i et termoelektrisk kredsløb findes kilder til elektromotorisk kraft (emf) ud over dem, der befinder sig ved forbindelsespunkterne. Han forudsagde bl.a., at der ville opstå en emf i en enkelt leder, når der var en temperaturgradient. Sandheden af denne forudsigelse kan påvises ved hjælp af det eksperiment, der er illustreret i diagrammet her.

I dette forsøg passerer en strøm gennem en jernstang, som er bøjet i en U-form. Modstandsspoler, R1 og R2, er viklet om de to sider af U’et, som vist. Disse danner de to arme af en afbalanceret Wheatstone-bro. Bunden af U’et opvarmes derefter. Herved opstår der to temperaturgradienter – en positiv gradient, der går fra A til C, og en negativ gradient, der går fra C til B. Som følge af denne operation bliver broen ubalanceret i en sådan retning, at den viser, at modstanden i R1 er steget mere end i R2. Der er tydeligvis blevet frigjort varme ved R1 og absorberet ved R2.

Absorption af varme er et bevis på en elektromotorisk kraft, der virker i samme retning som strømmen, dvs. at der tilføres elektrisk energi til kredsløbet på bekostning af varmeenergi fra omgivelserne. Dette er tilfældet i afsnit AB. På samme måde er strømmen i sektionen AC modsat af en emf, med deraf følgende omdannelse af elektrisk energi til varmeenergi. I jern vil Thomson-emf’en således give anledning til en strøm i jernet fra varme til kolde områder. mange metaller, herunder bismuth, kobolt, nikkel og platin, ud over jern, udviser den samme egenskab, som kaldes den negative Thomson-effekt. En anden gruppe af metaller, herunder antimon, cadmium, kobber og sølv, udviser en positiv Thomson-effekt; i disse er retningen af Thomson-emf’en sådan, at den understøtter en strøm i metallet fra kolde til varme områder. I et metal, bly, er Thomson-effekten lig nul. I visse metaller skifter effekten fortegn, når temperaturen øges, eller når krystalstrukturen ændres.

Størrelsen af Thomson-emf for et givet materiale, a, udtrykkes ved Thomson-koefficienten, σa, som har dimensionerne emf/grad. σa dt er således den emf, der findes mellem to punkter, hvis temperaturer adskiller sig med dt °C. Den varme, der absorberes pr. sekund mellem to punkter med henholdsvis temperatur t1 og t2, når en strøm på I ampere passerer gennem materialet, er således givet ved

Optaget varme/sek = I σa dt – I 2R

Thomson-koefficienten σa er positiv (negativ) for materialer, der udviser en positiv (negativ) Thomson-effekt. Udtrykket i ovenstående ligning er simpelthen den Joule-varme, der altid frigives, når en strøm løber gennem en ufuldkommen leder. Det har ingen sammenhæng med Thomson-effekten, men er medtaget i ligningen for fuldstændighedens skyld.