Más tarde inició la impresión de un semanario y montó su primer laboratorio en un vagón de tren. Después de trabajar un tiempo como telegrafista en Boston para la compañía Western Union, en 1869 se trasladó a Nueva York con la intención de establecerse como inventor independiente.

A pesar del poco éxito de su primera patente, relativa a una máquina destinada al recuento de votos, su afortunada intervención en la reparación de un indicador de precios del oro en la Bolsa, cuya avería había causado una crisis, le valió un contrato de la Western Union para introducir ciertas mejoras en dicho aparato, trabajo por el cual percibió la cantidad de 40 000 dólares.

Con este dinero Edison pudo establecerse por fin, primero en Bewark, más tarde en Menlo Park (1876) y finalmente en West Orange (1887). En esta población fundó el Laboratorio Edison –en la actualidad monumento nacional de Estados Unidos–, en el que tuvo como colaboradores, entre otros personajes destacados, al físico e inventor estadounidense de origen croata Nikola Tesla.

La magnitud del conjunto de la obra de investigación llevada a cabo por Thomas Alva Edison puede apreciarse en sus justas proporciones indicando que obtuvo casi 1 100 patentes, por lo que se le considera el mayor inventor de todos los tiempos.

Entre otras de las muchas invenciones salidas de las manos y el ingenio de Edison destacan el telégrafo impresor, el telégrafo cuádruplex (1874), el micrófono de carbón (que mejoraba el desarrollado por A. G. Bell, inventor de la telefonía), el fonógrafo (1877), una máquina de dictado, el antecedente más directo del cine de los hermanos Lumière (el kinetoscopio, 1889), las pilas alcalinas (acumulador de ferroníquel, 1883) y diversos tipos de cemento y de hormigón.

Sin embargo, su invención más popular fue el procedimiento práctico de utilización de la iluminación eléctrica, para lo cual creó, antes de haber desarrollado por completo el invento, la Compañía de Iluminación Eléctrica Edison, que recibió apoyo financiero inmediato gracias al gran prestigio personal de que el inventor gozaba ya por aquel entonces.

La primera demostración práctica, coronada con un éxito completo, tuvo lugar en Menlo Park, el 21 de octubre de 1879, y dio paso a la inauguración del primer suministro de luz eléctrica de la historia, instalado en la ciudad de Nueva York en 1882, y que inicialmente contaba con 85 abonados.

Para poder atender este servicio, Edison perfeccionó la lámpara de vacío con filamento de incandescencia, conocida popularmente con el nombre de bombilla, construyó la primera central eléctrica de la historia (la de Pearl Street, Nueva York) y desarrolló la conexión en paralelo de las bombillas, gracias a la cual, aunque una de las lámparas deje de funcionar, el resto de la instalación continúa dando luz.

Además de sus numerosas invenciones, Thomas Alva Edison contribuyó a la investigación estrictamente científica, con el descubrimiento del llamado efecto termoeléctrico (1883), también conocido en la actualidad como efecto Edison, el cual permitiría, años más tarde, el desarrollo del dispositivo electrónico conocido como diodo (Lee De Forest), que daría paso al advenimiento de la moderna revolución de la electrónica.