Efectul Thomson este unul dintre cele trei fenomene termoelectrice reversibile (adesea cunoscute simplu ca efecte termoelectrice), celelalte fiind efectul Seebeck și efectul Peltier. În 1851, William Thomson (mai târziu Lord Kelvin) a fost condus de raționamentul termodinamic să concluzioneze că într-un circuit termoelectric există surse de forță electromotoare (emf) în plus față de cele situate la joncțiuni. În special, el a prezis că o forță electromagnetică va apărea în interiorul unui singur conductor ori de câte ori este prezent un gradient de temperatură. Adevărul acestei predicții poate fi demonstrat prin experimentul ilustrat în diagrama de aici.

În acest experiment un curent trece printr-o tijă de fier care este îndoită în formă de U. Bobine de rezistență, R1 și R2, sunt înfășurate pe cele două laturi ale U-ului, așa cum se arată. Acestea formează două brațe ale unei punți Wheatstone echilibrate. Partea inferioară a U-ului este apoi încălzită. Astfel se stabilesc două gradienți de temperatură – unul pozitiv, care se extinde de la A la C, și unul negativ, care se extinde de la C la B. Ca urmare a acestei operațiuni, puntea devine dezechilibrată într-o direcție care indică faptul că rezistența lui R1 a crescut mai mult decât cea a lui R2. Evident, căldura a fost eliberată la R1 și absorbită la R2.

Absorbția de căldură este dovada unei forțe electromotoare care acționează în același sens cu cel al curentului, adică energia electrică este furnizată circuitului în detrimentul energiei termice din mediul înconjurător. Acesta este cazul în secțiunea AB. De asemenea, în secțiunea AC, curentului i se opune o forță electromagnetică, ceea ce duce la transformarea energiei electrice în energie termică. Astfel, în fier, emf-ul Thomson ar da naștere unui curent în fier dinspre regiunile calde spre cele reci. multe metale, printre care bismutul, cobaltul, nichelul și platina, pe lângă fier, prezintă aceeași proprietate, care se numește efect Thomson negativ. Un alt grup de metale, printre care antimoniul, cadmiul, cuprul și argintul, prezintă un efect Thomson pozitiv; la acestea, direcția forței electrice Thomson este de așa natură încât susține un curent în metal dinspre zonele reci spre cele calde. La un metal, plumbul, efectul Thomson este zero. La anumite metale, efectul își inversează semnul odată cu creșterea temperaturii sau cu modificarea structurii cristaline.

Mărimea emf-ului Thomson pentru un anumit material, a, se exprimă în termenii coeficientului Thomson, σa, care are dimensiunile emf/grad. Astfel, σa dt este emf care există între două puncte ale căror temperaturi diferă cu dt °C. Prin urmare, căldura absorbită pe secundă între două puncte aflate la temperatura t1 și, respectiv, t2, atunci când prin material trece un curent de I amperi, este dată de

Căldura absorbită/sec = I σa dt – I 2R

Coeficientul Thomson, σa, este pozitiv (negativ) pentru materialele care prezintă efectul Thomson pozitiv (negativ). Termenul din ecuația de mai sus este pur și simplu căldura Joule care este întotdeauna eliberată atunci când un curent trece printr-un conductor imperfect. El nu are nicio legătură cu efectul Thomson, dar este inclus în ecuație pentru a fi complet.