[1] Thomsen nació en Copenhague, ciudad en la que pasó su vida.
En particular, entre 1869 y 1882 llevó a cabo un gran número de mediciones del calor disipado o absorbido en distintas reacciones químicas, como formación de sales, oxidación y reducción, y combustión de compuestos orgánicos.
Sus resultados fueron publicados de 1882 a 1886 en cuatro volúmenes bajo el título Thermochemische Untersuchungen.
[2] Recibió medalla Davy de la Royal Society en 1883.
Un hermano suyo, Carl August Thomsen (1834–1894), fue profesor de química técnica en el Instituto Politécnico de Copenhague, y un segundo hermano, Thomas Gottfried Thomsen (1841–1901), fue ayudante de laboratorio químico en la universidad hasta 1884, cuando dejó la ciencia para dedicarse a la teología, pasando a ejercer de ministro en Norup y Randers.