W 1904 r. przyjął stanowisko mykologa mleczarskiego w Stacji Doświadczalnej Storrs Agricultural w Connecticut. Pracował tu aż do przejścia na emeryturę w 1942 roku. Badał proces dojrzewania sera i starał się zrozumieć skład flory grzybów niezbędnej do nadania serom określonego smaku. Dzięki tej pracy wyizolował i zidentyfikował grzyby Penicillium camemberti i Penicillium roqueforti.
W 1914 roku Thom został szefem Laboratorium Mikrobiologicznego w Biurze Chemii USDA. Zajmował się tu problemami sposobami przetwarzania żywności i egzekwowaniem Ustawy o czystej żywności i lekach. Znany ze swojego zaangażowania w utrzymywanie wysokich standardów w przemyśle spożywczym, lubił wypowiadać się w sprawach sądowych „w obronie praktyk sanitarnych przy obchodzeniu się i przetwarzaniu łatwo psującej się żywności”. W latach 1916–1917 razem z Jamesem N. Currie opracował proces masowej produkcji kwasu cytrynowego przy użyciu grzybów Aspergillus. Thom stał się światowym autorytetem w zakresie rodzajów Aspergillus i Penicillium. Większość opisanych przez niego taksonów jest nadal aktualna. Był też pionierem techniki wykorzystywania określonych, powtarzalnych podłoży hodowlanych do hodowli mikroorganizmów.