少年時代のトーマスは、異常なほどの知りたがり屋であった。小学校に入学するも、教師と馬が合わず、わずか3か月で中退した。当時の逸話としては、算数の授業中には「1+1=2」と教えられても鵜呑みにすることができず、「1個の粘土と1個の粘土を合わせたら、大きな1個の粘土なのになぜ2個なの？」と質問したり、国語の授業中にも、「A（エー）はどうしてP（ピー）と呼ばないの？」と質問したりするといった具合で、授業中には事あるごとに「なぜ？」を連発し、教師を困らせていたという。

そのような好奇心は学校内にとどまらず、ガチョウの卵を自分で孵化させようとして、卵を抱き抱えてガチョウ小屋の中に何時間も座り込んだり、「なぜ物は燃えるのか」を知りたいと思い立ち、藁を燃やしていたところ、自宅の納屋を全焼させるという事件を起こし、父親に咎められたりしたこともあった。これらが重なった挙句、最終的には担任の教師から「君の頭は腐っている」と吐き捨てられ、校長からも「ほかの生徒たちの迷惑になる」と言われ、前述の通り入学からわずか3か月で退学することとなった[注 8]。

学校教育に馴染めなかったトーマスは、自宅で独学することになった（ホームスクーリング）[10]。トーマスが特に興味を示したのは、化学の実験であった。

科学実験に没頭した少年時代、人間が空を飛べるようになる薬を作ろうと試み、ヘリウムガスをヒントにして薬を自作し、友人に飲ませた。エジソンの目論見としては、その薬を飲むと体内でガスが発生し、その浮力で人間が浮き上がるはずだったが、実際には薬を飲んだ友人が腹痛を起こしてもがき苦しみ、大騒ぎになった。普段はエジソンの行為に理解を示していた母親も、この件に関しては激怒し、人体実験を行うことを厳しく戒めたという（エジソンはその後も人間が空を飛ぶという夢を追求したが、前述の通り、またもや人命に関わる問題（ヘリコプター試作中の事故）で挫折することとなる）。

エジソンは 12 歳のときに聴覚障害を発症した。難聴の原因についてその後、彼は精巧な架空の話をでっち上げた[11]。耳を引っ張られた、元ボクサーに殴られた、など話にはいくつかのバージョンがあるが、実際の彼の難聴の原因は幼少期の猩紅熱の発作と、治療されていない中耳感染症の再発に起因すると現在は推測されている。エジソンは片方の耳が完全に聞こえず、もう一方の耳はほとんど聞こえなかったので、歯を木材に挟んで頭蓋骨に音波を吸収させて音楽プレーヤーやピアノを聴いていたと言われている[12]。年をとるにつれ、エジソンは難聴のおかげで気が散るのを避け、仕事に集中しやすくなったと考えていた。これとは別に、現代の歴史家や医療専門家は、彼がADHDを持っていた可能性があることを示唆している[13]。

少年時代のエジソンは持ち前の好奇心が高じて、自らの手で新聞を作り、列車の中で売って評判になったことがあった。エジソンは13歳までに週50ドルの利益を上げ、そのほとんどは電気および化学実験用の機器の購入にした[12]。しかし、ある人物を皮肉った内容の記事を新聞に載せたところ、これを見て激怒した本人から暴行を受け、これに懲りてエジソンは新聞作りをやめたという。また、15歳のときには働いていた鉄道の駅で、まだ幼い駅長の息子が汽車にひかれそうになったのを近くにいた中年の男と一緒に助けたことがあった。エジソンはそのお礼として駅長から電信の技術を教えてもらい、のちに彼が技術者としての人生を歩み始めるきっかけを与えてもらったという。
投票記録機、株式相場表示機自身が開発した初期の蓄音機とともに（1878年、エジソン31歳）

このような少年時代を送ったが、その後、母親も手伝って発明を複数回行ったという。

1864年、17歳の頃のエジソンはカナダの駅で夜間電信係として働いていたが、「何事もなければ、一晩中1時間おきに勤務に就いていることを示す信号を送るだけ」という退屈な仕事に飽きてしまい、時計を使って電信機が自動で電信を送る機械を発明した。電信を機械に任せて自分は寝ていたところ、それまでと違って全く誤差なく正確に1時間おきに電信が届くようになったことを不思議に思い様子を見にきた上司に「お前が寝ていたら定時に連絡する意味がないだろう」と怒られた。これがエジソンの最初の発明だった。クビは免れたもののその後の通信ミスで列車の衝突事故を起こしかけ、本社からの出頭命令を無視して放浪生活を始める[要出典]。

エジソンは1868年、21歳のときに初めて特許を取得した。それは電気投票記録機に関するもので[14]、議会における賛成票と反対票の数を押しボタンで瞬時に集計し、投票にかかる時間を大幅に短縮できる画期的な発明となるはずだった。しかし、実際の連邦議会や各州の議会では、野党の議員による投票中のフィリバスターや与党の議員との交渉ができなくなるという理由により、全く採用されなかった[15]。エジソンはこの苦い経験を通して、いくら立派な発明でも人々が喜んでくれなければ何の意味もないことを痛感し、その後は周囲の人々の意見や要望をよく聞いてから発明に取り組むようになったという。

その翌年の1869年、エジソンが22歳のときに特許を取得した株式相場表示機（ティッカー）は業界から大いに歓迎され、その特許権を譲ってもらいたいという申し出があった。最初、エジソン自身は5,000ドルほどで特許権を売るつもりであったが、実際には4万ドル（現在の日本円で約2億円相当）で買い取られ、エジソンは当初の予想より8倍も高い金額を提示されて、心臓が止まるかと思うほど驚いたという。こうしてエジソンは発明家としての人生を本格的に歩んでいくことになった。その後、押しボタン式の投票装置は、エジソンの発明から130年後にあたる1998年に日本の参議院に導入された。
電話、蓄音機、白熱電球トーマス・エジソン（1878年）

1877年に蓄音機の実用化（商品化）で名声を獲得。ニュージャージー州にメンロパーク研究室を設立し、集まった人材を発明集団として機能させるべく、マネジメント面で辣腕を振るった。

研究所では電話、蓄音器（つまり録音・再生装置）、電気鉄道、鉱石分離装置、電灯照明などを矢継ぎ早に商品化した。中でも注力したのは白熱電球であり、数多い先行の白熱電球を実用的に改良した。彼は白熱電球の名称をゾロアスター教の光と英知の神、アフラ・マズダーから引用し、「マズダ」と名付けている[16]。