Po úspěšném položení transatlantického kabelu se Thomson stal společníkem ve dvou inženýrských poradenských firmách, které sehrály významnou roli při plánování a výstavbě podmořských kabelů v období horečné expanze, jejímž výsledkem byla celosvětová síť telegrafní komunikace. Thomson se stal bohatým mužem, který si mohl dovolit 126tunovou jachtu a baronské sídlo.
Thomsonův vědecký zájem zahrnoval nejen elektřinu, magnetismus, termodynamiku a hydrodynamiku, ale také geofyzikální otázky týkající se přílivu a odlivu, tvaru Země, atmosférické elektřiny, tepelného studia země, zemské rotace a geomagnetismu. Zapojil se také do polemiky o evoluční teorii Charlese Darwina. Thomson Darwinovi oponoval a zůstal „na straně andělů“.
Thomson zpochybňoval názory na geologické a biologické změny prvních uniformistů, včetně Darwina, kteří tvrdili, že Země a život na ní se vyvíjely po nevyčíslitelný počet let, během nichž přírodní síly vždy působily jako v současnosti. Na základě termodynamické teorie a Fourierových studií Thomson v roce 1862 odhadl, že před více než milionem let muselo být sluneční teplo a teplota Země podstatně vyšší a že tyto podmínky vyvolaly prudké bouře a záplavy a zcela jiný typ vegetace. Jeho názory, publikované v roce 1868, rozzlobily zejména Darwinovy příznivce. Thomas Henry Huxley Thomsonovi odpověděl ve výročním projevu předsedy Londýnské geologické společnosti v roce 1869. Thomsonovy spekulace o stáří Země a Slunce byly nepřesné, ale podařilo se mu prosadit své tvrzení, že biologická a geologická teorie musí odpovídat zavedeným fyzikálním teoriím.
V sérii přednášek o stavu vědeckého poznání na Univerzitě Johnse Hopkinse v roce 1884 se Thomson nahlas zamýšlel nad tím, že vlnová teorie světla nedokáže vysvětlit některé jevy. Jeho zájem o moře, který vzbudil na palubě své jachty Lalla Rookh, vyústil v řadu patentů: kompas, který přijala britská admiralita, forma analogového počítače pro měření přílivu a odlivu v přístavu a pro výpočet tabulek přílivu a odlivu pro jakoukoli hodinu, minulou nebo budoucí, a sondážní zařízení. Založil společnost na výrobu těchto zařízení a řady elektrických měřicích přístrojů. Stejně jako jeho otec vydal učebnici Treatise on Natural Philosophy (1867), dílo o fyzice, jehož spoluautorem byl Tait a které pomohlo formovat myšlení celé generace fyziků.
Thomson měl údajně nárok na více písmen za jménem než kterýkoli jiný muž v Commonwealthu. Obdržel čestné tituly od univerzit po celém světě a byl chválen inženýrskými společnostmi a vědeckými organizacemi. V roce 1851 byl zvolen členem Královské společnosti a v letech 1890 až 1895 byl jejím prezidentem. Publikoval více než 600 prací a získal desítky patentů. Zemřel na svém panství ve Skotsku a byl pohřben ve Westminsterském opatství v Londýně.