O efeito Thomson é um dos três fenômenos termoelétricos reversíveis (muitas vezes conhecidos simplesmente como efeitos termoelétricos), sendo os outros o efeito Seebeck e o efeito Peltier. Em 1851 William Thomson (mais tarde Lord Kelvin) foi levado pelo raciocínio termodinâmico a concluir que existem fontes de força electromotriz (emf) num circuito termoeléctrico, para além daquelas localizadas nas junções. Em particular, ele previu que um emf surgiria dentro de um único condutor sempre que um gradiente de temperatura estivesse presente. A verdade desta previsão pode ser demonstrada pela experiência aqui ilustrada no diagrama.
Neste experimento uma corrente passa através de uma haste de ferro que é dobrada em forma de U. As bobinas de resistência, R1 e R2, são enroladas em torno dos dois lados do U, como mostrado. Estes formam dois braços de uma ponte de Wheatstone equilibrada. O fundo do U é então aquecido. Isto estabelece dois gradientes de temperatura – um positivo estendendo-se de A a C, e um negativo estendendo-se de C a B. Como resultado desta operação, a ponte fica desequilibrada em tal direcção que indica que a resistência de R1 aumentou mais do que a de R2. Evidentemente, o calor foi liberado em R1 e absorvido em R2.
A absorção de calor é uma evidência para uma força electromotriz que actua na mesma direcção que a da corrente, ou seja, a energia eléctrica está a ser fornecida ao circuito à custa da energia térmica do ambiente. É o caso da secção AB. Da mesma forma, na seção AC, a corrente é oposta por uma emf, com a conseqüente transformação da energia elétrica em energia térmica. Assim, no ferro, o emf de Thomson daria origem a uma corrente no ferro de regiões quentes a frias. muitos metais, incluindo bismuto, cobalto, níquel e platina, além do ferro, exibem esta mesma propriedade, que é referida como o efeito negativo de Thomson. Outro grupo de metais, incluindo o antimónio, cádmio, cobre e prata, apresentam um efeito Thomson positivo; nestes, a direcção do Thomson emf é tal que suporta uma corrente dentro do metal de regiões frias para regiões quentes. Em um metal, o chumbo, o efeito Thomson é zero. Em certos metais, o efeito inverte o sinal quando a temperatura é elevada ou quando a estrutura cristalina é alterada.
A magnitude do emf de Thomson para um dado material, a, é expressa em termos do coeficiente de Thomson, σa, que tem dimensões de emf/grau. Assim σa dt é o emf que existe entre dois pontos cujas temperaturas diferem por dt °C. Assim, o calor absorvido por segundo entre dois pontos à temperatura t1 e t2, respectivamente, quando uma corrente de I amperes passa através do material, é dado por
Calor absorvido/seg = I σa dt – I 2R
O coeficiente de Thomson, σa, é positivo (negativo) para materiais que apresentam o efeito Thomson positivo (negativo). O termo na equação acima é simplesmente o calor Joule que é sempre liberado quando uma corrente flui através de um condutor imperfeito. Ele não tem relação com o efeito Thomson, mas está incluído na equação para a completude.