威廉·汤姆逊(William Thomson，1824年—1907年)，世称开尔文勋爵（Lord Kelvin），其不但与焦耳合作，给出了能量守恒定律的准确表达，在热力学的奠基上，做出了重要贡献，而且为下一个世纪的物理学发展，指出了突破点。
威廉·汤姆逊的母亲在他六岁时便去世了，因此，威廉和他的哥哥詹姆斯由父亲在家辅导。威廉的父亲是一名知识丰富的数学和工程学教师，1832年，父亲被任命为格拉斯哥大学数学系教授，次年他们就举家搬到那里。父亲对孩子们的教育十分重视，从小就培养他们的数学能力，还带着他们四处游历，增长见识。
父亲上课时，年仅8岁的威廉就和哥哥一起被带到教室旁听，在父亲的辅导下，二人竟然能跟上大学课程！1834年，威廉才10岁，就正式入学格拉斯哥大学，开始大学生涯。（真乃天才少年！）
尽管年纪小，但威廉成绩非常优秀。据说，有一次威廉考了第二名，就急得哭鼻子！对他来说，第一名是理所当然的。除了数学成绩一流，语言能力也十分突出。在12岁时，他将琉善的《诸神的对话》从拉丁语翻译为英语，并且得了奖。
在1839年-1840年，威廉写了一篇散文《论地球的形象》，获得了天文学课的一等奖，在这篇散文的标题页，威廉摘抄了亚历山大·蒲柏诗句：
去，奇妙的生物！向着科学引领之处攀登；
去测量大地，称重空气，并注明潮汐；
给运行的行星指明轨道，
更正老旧的时间，调节太阳的光芒！
威廉开始对傅立叶的《热的解析理论》着迷，由于英国传统所抵制的“大陆”数学，傅立叶的理论被英国的数学家攻击，这促使威廉在《剑桥数学杂志》匿名发表了他的第一篇科学论文为傅立叶辩护。接着他又发表了几篇论文，提出了热传导和静电的数学理论之间的联系。
1841年，威廉进入剑桥大学的彼得学院，一样成绩优异。1845年，威廉以第一名的成绩毕业，还赢得了史密斯奖学金。据说当时的考官罗伯特·艾利斯对另一个考官感叹道：“你和我都只是适合修补他的笔”。
也是这一年，威廉从数学上发展了法拉第的想法，即电感应是通过中间媒介（或“电介质”）发生的，而不是通过一些不可理解的“超距作用”。进而发现了法拉第效应，确立了光与磁（因而电）现象是相关的。他还设计了为电学问题作图的数学技巧，成为解决静电学问题（静止带电体之间的力）的强大工具。威廉的理论已经接近经典电磁理论，可惜威廉未能更近一步，将这个伟大的成就留给了后来的麦克斯韦。
在1846年，威廉被任命为格拉斯哥大学自然哲学教授，要知道，他才22岁。
1847年时，威廉已经赢得了“年轻有为的科学家”之声誉。他参加了英国科学促进会在牛津的年会；在那次会议上，他听到了焦耳的报告。
威廉很感兴趣，但是持怀疑态度。他预测，冰的熔点必定随压力增加而下降，否则其凝固时的膨胀可以作为一个永动机被利用。他的实验室的结果证实了这一点，加强了他的信念。
1848年，威廉进一步扩大了卡诺-克拉伯龙的理论。他提出了一种“绝对温标”，其中“单位热量从在该温标下温度为T°的物体A，转移到温度为 (T−1)°的物体B，将给出相同的机械作用（功），无论T是多少”。这样的温标将“独立于任何特定物质的物理性质”。威廉推测，理想气体冷却到极限，将达到一个点，在此处无法有进一步的热（热量）可以转移，即我们今天所熟知的“绝对零度”。开尔文的这一贡献为热力学第三定律的确立奠定了基础。
1906年，德国物理学家能斯特在研究低温条件下物质的变化时，把热力学的原理应用到低温现象和化学反应过程中，发现了一个新的规律，这个规律被表述为：“当绝对温度趋于零时，凝聚系(固体和液体）的熵（即热量除以温度的商）在等温过程中的改变趋于零。”德国著名物理学家普朗克把这一定律改述为：“当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵也趋于零。”这就消除了熵常数取值的任意性。1912年，能斯特又将这一规律表述为绝对零度不可能达到原理：“不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。”这就是热力学第三定律。
威廉与焦耳合作后，在查阅资料时，发现了迈尔的文章。渐渐地，威廉接受了焦耳的观点。他越来越不满卡诺的理论，开始批判卡诺的著作，并开始相信焦耳。1851年2月，他坐下来阐明他的新思维。几易其稿，威廉最终确定要调和卡诺和焦耳。在写作的过程中，威廉已经萌生了一些关于热力学第二定律的想法。在卡诺的理论中，热损失是完全的丢失，但威廉认为，这是“对人类而言无可挽回地失去了，但对物质世界而言并没有失去”。
1852年至1856年，威廉与焦耳合作，得到开尔文-焦耳效应，该结果的发表，让焦耳的热功当量研究和分子运动论得到普遍的接受。也就是前文提到的能量守恒定律的确立。
1852年9月，他娶了玛格丽特·克拉姆小姐。
1854年10月16日，乔治·加布里埃尔·斯托克斯写信给威廉试图让他重新对工作提起兴趣，问他对拟议跨大西洋电报电缆之事和迈克尔·法拉第的一些相关实验的看法。
法拉第曾演示了电缆的建造方式将限制消息发送的速度（也即现代所说的传输速率之“带宽”）。威廉抓住了这个问题，并且在当月发表了他的回应，不仅预测了可以实现的数据传输速率，而且还评估了跨大西洋计划的潜在收益和经济效益。在1855年进一步的分析中威廉强调，电缆的设计将对其收益性有很大影响。
威廉在与著名工程师怀特豪斯的辩论，使得自己进入公众视线。威廉的研究引了项目的承担者的眼球，在1856年12月，他当选为大西洋电报公司的董事会成员。
威廉成为了团队的科学顾问，怀特豪斯担任首席电工，查尔斯·蒂尔斯顿·布莱特（Charles Tilston Bright）爵士担任首席工程师。但怀特豪斯在设计规格上有他的想法，法拉第和莫尔斯也支持他。
第一根跨大西洋电报电缆在1858年8月贯通，但很快出现了问题。1863年，贸易委员会和大西洋电报公司联合设立了调查委员会，发现关于电缆的故障，怀特豪斯应当承担大多数的责任，威廉被选入一个五人委员会，受命为新的电缆制定规范。
1865年7月，威廉参与了大东方号的电缆敷设远征航行，但这次远征因技术原因而失败。到1866年，这只远征队终于成功地在两周内铺设了新的电缆，然后继续恢复并完成了1865线。团队凯旋而归，受到公众的盛情款待，威廉尤其受到了褒奖。1866年11月10日，威廉与该项目的其他主要负责人一起被封为爵士。
1870年6月17日，威廉的妻子去世；他也决心改变他的生活。正深深沉迷于航海的他在9月购买了一艘126吨的双桅纵帆船拉拉鲁克号，作为招待朋友和同事的科学基地。他热爱大海，并在四处航海时，结识了芳妮。1874年，威廉与比他小13年的芳妮小姐结婚。
威廉是一个虔诚的基督徒，他拒绝进化论，相信太阳发热的原因是引力。在一生的科学研究，威廉总是试图让科学理论符合自己的信仰，他相信以太的存在，拒绝新兴核物理的突破，在面对伟大突破时，总是被旧观念束缚着。他“博而不专”。英国著名传记作家克劳塞曾经这样评论他：“开尔文就因为对科学思想缺少健全的直觉，所以不能在科学上完成更伟大的功绩。他能够翻过科学上丛山峻岭的一般障碍，可是一到达山巅，就不能想象云雾以外的情景了。他只知道近旁的一切，他在科学上没有远大的洞察力。他不能察觉光的电磁波属性已经孕育在自己的研究里了。”正因为这样，他几次走到真理的面前，又都失之交臂。
晚年，开尔文为自己的这些失误感到可惜，但是并不沮丧，他说：“在失败中必然存在一些悲伤，但是在对科学的追求中，本身包含的必要努力带来很多愉快的斗争，这就使科学家避免了苦闷，而且或许还会使他在日常工作中相当快乐。”
当然，开尔文过于谦虚了，事实上，开尔文在大西洋两岸始终保持着很高的声誉。
1902年8月8日，作为英国科学界的领军人物，威廉收到了国王颁发的勋章，升为世袭勋爵，成为首位进入英国上议院的科学家。因此，威廉·汤姆逊一般会被人们尊称为开尔文勋爵。开尔文这个头衔是威廉位于格拉斯哥附近的领地的地名，这个地名又来源于流经他在苏格兰格拉斯哥大学实验室的开尔文河。
Lord（勋爵）与Sir（爵士）之间的差别，后者只能由国王（女王）加封，是不能传承的。勋爵既可以传承，也可以加封，还带有一个名誉上的领地，通常是被加封人的故乡。汤姆逊是英国现代物理学的领袖人物，可是，比起牛顿来他的学术成就当然逊色，而牛顿却只封了个爵士。
在1907年11月，开尔文得了一场感冒，随后他的健康状况恶化，不久就在苏格兰的住所去世。开尔文的遗体被带到伦敦，安葬在威斯敏斯特大教堂，牛顿爵士安息之地附近。
开尔文的研究与三大热力学定律的建立都有直接关系。为了纪念开尔文，在国际单位制中，以开尔文作为绝对温标的单位。