В 14 лет он практически потерял слух, но это, как считал сам Эдисон впоследствии, помогало ему не отвлекаться на посторонние шумы при работе над изобретениями. В 15 лет купил по случаю печатный станок и в багажном вагоне издавал свою газету, которую продавал пассажирам.
Во время гражданской войны было мобилизовано 1500 телеграфистов, и железные дороги искали новых людей. Эдисона не взяли на военную службу, потому что он был абсолютно глух на одно ухо. В 1863 году он освоил телеграфию и в течение 5 лет работал телеграфистом. Эдисон научился посылать и принимать телеграммы с рекордной для того времени быстротой, но не отличался ни дисциплинированностью, ни добросовестностью по отношению к хозяину. Первыми его изобретениями были технические приспособления, благодаря которым старший телеграфист на линии был уверен, что Эдисон работает, в то время как тот спал. В 1868 году прочитал «Экспериментальные исследования электричества» Майкла Фарадея, и у него появились мысли об изобретательстве.
Первый патент на изобретение — электрический регистратор голосов при баллотировках — Томас Эдисон получил в 1869 году. На патент не нашлось покупателей, и с тех пор изобретатель взял за правило работать только над изобретениями с гарантированным спросом. К примеру, к концу 1870 года он получил крупную сумму (40 тысяч долларов) за изобретение биржевого тиккера — телеграфного аппарата, передающего котировки акций.
В 1876 году изобретатель построил собственную лабораторию в 40 км к юго-западу от Нью-Йорка и отказался ото всех промышленных начинаний, чтобы целиком посвятить себя «изобретательскому бизнесу». Вначале лаборатория в Менло-Парке насчитывала полтора десятка сотрудников, все они были механиками; позднее Эдисон нанял математика, стеклодува и ряд других специалистов. По всей видимости, это была первая промышленно-исследовательская лаборатория в мире.
Этот прототип современных промышленных лабораторий и научно-исследовательских институтов многие склонны считать величайшим изобретением Эдисона. Первой продукцией этого предприятия был угольный телефонный микрофон (1877–1878 годы), который позволил значительно повысить четкость и громкость существующего телефонного аппарата Белла.
Вклад Эдисона в развитие телефона заключался в том, что он отделил микрофон от наушника, а к 1878 году разработал удачную конструкцию угольного микрофона, в котором звуковые колебания изменяли сопротивление. Испробовав множество вариантов, изобретатель создал первый практически действующий телефонный микрофон, а также ввел в телефон индукционную катушку, что значительно усилило звук телефона. Компания «Вестерн Юнион» в 1879 году продала свои телефонные разработки компании «Белл».
Вторым продуктом лаборатории в Менло-Парке был фонограф 1877 года, любимое изобретение Эдисона, которое считается единственным полностью оригинальным. На мысль о фонографе его навели звуки, похожие на неразборчивую речь, исходившие однажды от телеграфного повторителя. Фонограф — первый прибор для записи и воспроизведения звука. Изобретение стало поразительным событием того времени; дальнейшим развитием фонографа стали граммофон и патефон. Первые фонографы издавали довольно резкие и грубые звуки, но многочисленным слушателям воспроизведение речи казалось волшебством. Сам изобретатель видел одиннадцать перспективных областей для применения фонографа: запись писем, книги, обучение красноречию, воспроизведение музыки, семейные записки, запись речей, область реклам и объявлений, часы, изучение иностранных языков, запись уроков, соединение с телефоном.
В 1878 году Томас Эдисон занялся промышленным внедрением лампы накаливания, что принесло ему наибольшую известность. Лампа не была его изобретением (здесь приоритет принадлежал Александру Николаевичу Лодыгину и Павлу Николаевичу Яблочкову), но он стал создателем такого типа лампы и такой электрораспределительной системы, которые впервые могли экономично работать совместно.
Сконструировать лампу накаливания пытались начиная с 1838 года два десятка энтузиастов. Но большинство их ламп не вышло за пределы лабораторий, и лишь два типа ламп накаливания демонстрировались публично: одна из них была создана живущим в Нью-Йорке эмигрантом из Германии Генрихом Гебелем, вторая — российским электротехником Александром Лодыгиным. Но и эти лампы были недостаточно надежны и долговечны.