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En 2000, il est engagé dans le Big Band Lumière puis dans l'Orchestre national de jazz dirigé par Laurent Cugny. Il devient par la suite un membre actif du collectif de Falaises à Paris avec Maxime Delpierre, Laurent Bardainne, David Aknin, Sylvain Daniel. Thomas jouera alors aux côtés de musiciens tels que George Brown, Sunny Murray, Marc Ducret, Paco Séry, Linley Marthe, Billy Hart...
En 2002 avec Daniel Zimmermann, il remporte le 1er prix d'orchestre et de soliste au concours de la Défense avec le de Pourquery-Zimmermann Quintet qui deviendra ensuite DPZ. Il s'illustre ensuite comme chanteur et saxophoniste au sein du collectif punk Rigolus, puis intègre le MégaOctet d'Andy Emler.
En 2009 avec DPZ il sort l'album He's Looking at You, Kid. Grâce au succès de cet album il devient résident pour trois saisons au festival Jazz sous les pommiers à Coutances.
En 2010, il créé The Brain Festival, un festival caritatif afin de soutenir la recherche sur les maladies neurodégénératives.
En 2012, il sort l'album The Endless Summer et crée DPZ & The Holy Synths.
En 2014 paraît Play Sun Ra, son premier album avec le sextet Supersonic qu'il a créé en 2011 avec Laurent Bardainne, Fabrice Martinez, Arnaud Roulin, Frederick Galiay et Edward Perraud. Il est élu meilleur album de l'année aux victoires du jazz 20148 et finaliste du Prix du disque français de l'Académie du jazz. Cette même année avec Maxime Delpierre, il créé le duo pop VKNG et signe chez Naïve Records.
Il collabore régulièrement avec Fred Pallem, Frànçois and The Atlas Mountains, Jeanne Added, Sarah Murcia, BABX, Oxmo Puccino, Mick Jones ou le groupe de pop anglais Métronomy.
Il est également sollicité en tant qu'acteur, avec notamment Jean-Christophe Meurisse aux côtés des Chiens de Navarre, Vincent Mariette aux côtés de Laurent Lafitte, Fred Poulet aux côtés d'Izïa Higelin .